KR20200124689A - Mass spectrometer method and apparatus for monitoring for TATP - Google Patents

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KR20200124689A
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Abstract

폭발성 TATP의 존재에 대해 공기 샘플을 모니터링하는 방법 및 장치가 개시된다. 바람직한 접근법은 양성자-전달 반응 질량 분석 PTR-MS를 사용한다. 시스템은 실시간으로 또는 거의 실시간으로 지속적으로 작동될 수 있다. 특정 치수 및 재료의 전달 관을 사용하여 샘플을 이온화 챔버로 도입하고, 이는 차례로 이온을 생성하며, 이는 m/z 값을 결정하기 위해 질량 분광계로 전달된다. 시스템은 거짓 음성 식별자의 양을 줄이기 위해 복수의 이온화 챔버를 사용할 수 있다. 각 이온화 챔버로부터의 이온을 합치기 위해 다중 유입구 이온 펀넬이 사용될 수 있다. 화학적 이온화가 사용될 수 있다. 거짓 양성 식별자의 양을 줄이기 위해 검증 모듈을 사용할 수 있다.A method and apparatus for monitoring an air sample for the presence of explosive TATP is disclosed. A preferred approach uses proton-transfer reaction mass spectrometry PTR-MS. The system can be operated continuously in real time or near real time. A delivery tube of specific dimensions and material is used to introduce the sample into the ionization chamber, which in turn generates ions, which are transferred to the mass spectrometer to determine the m/z value. The system can use multiple ionization chambers to reduce the amount of false negative identifiers. Multiple inlet ion funnels can be used to combine ions from each ionization chamber. Chemical ionization can be used. A verification module can be used to reduce the amount of false positive identifiers.

Description

TATP에 대해 모니터링하기 위한 질량 분광계 방법 및 장치 Mass spectrometer method and apparatus for monitoring for TATP

본 발명은, 배관을 통해 분석 스탠드오프 기기로 주변 공기를 끌어당김으로써 실시간으로 TATP를 연속적으로 감지하는 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명은 특히 질량 분광계와 연결된 화학적 이온화 기술을 위한 특정 전자적 조건의 사용을 기반으로 한다.The present invention discloses a method and apparatus for continuously sensing TATP in real time by drawing ambient air through a pipe to an analysis standoff device. The invention is based in particular on the use of specific electronic conditions for chemical ionization techniques in conjunction with mass spectrometers.

폭발물 감지는 군대, 최근에는 보안 기관의 오랜 관심사였으며 9.11 사태 이후 공격과 관련하여 점점 더 중요해지고 있다 (문헌 [Makinen M., et al.(2011) Ion Spectrometric detection technologies for ultra-traces of explosives: a review. Mass Spectrom. Rev. 30, 940 내지 973] 참조).Explosive detection has been a long-standing concern of the military and, more recently, security agencies, and has become increasingly important in connection with attacks after the 9/11 (Makinen M., et al. (2011) Ion Spectrometric detection technologies for ultra-traces of explosives: a review.Mass Spectrom. Rev. 30, 940-973).

최근 몇 년 동안 폭발물을 비-평화적으로 사용하고 악의적인 공격에 광범위하게 적용하는 것이 실질적으로 증가하여 전세계적인 테러 활동 위협을 야기하고 있다. 독성 및 폭발성 물질의 합성에 대한 정보는 오늘날 공개 정보에서 쉽게 찾을 수 있으며 폭발물 합성을 위한 원료는 상업적으로 입수가능하다. 이로 인해 폭발물-기반 공격의 위험이 증가할 뿐만 아니라 사람들에 대한 심리적 충격이 증가하고 있다. 한편, 폭발물에 대한 연구로 인해, 감지 장치에 문제를 일으키는 다양한 잠재적 물질이 확대되고 있다 (인터넷 사이트: 트리아세톤 트리퍼옥사이드(TATP) - GlobalSecurity.org www.globalsecurity.org > Military > Systems > Munitions > Introduction > Explosives July 7, 2011(accessed Dec 29, 2016) 참조).In recent years, the non-peaceful use of explosives and their widespread application to malicious attacks has increased substantially, raising the threat of terrorist activity worldwide. Information on the synthesis of toxic and explosive substances is readily available in public information today, and raw materials for the synthesis of explosives are commercially available. This not only increases the risk of explosive-based attacks, but also increases the psychological impact on people. Meanwhile, due to the research on explosives, a variety of potential substances causing problems in detection devices are expanding (Internet site: Triacetone Tripperoxide (TATP)-GlobalSecurity.org www.globalsecurity.org> Military> Systems> Munitions> Introduction> Explosives July 7, 2011 (accessed Dec 29, 2016)).

광범위한 에너지 물질과 그들의 물리적 특성의 많은 차이로 인해 몇몇 감지 장치는 특정 유형의 폭발물만 감지하고 다른 것들은 감지하지 못한다. 예를 들어, 많은 감지 장치는 유기 니트로 및 질산염 화합물로 만든 기존의 폭발물은 쉽게 감지하지만 무기 질산염 또는 비-질소 화합물로 만든 폭발물은 감지하지 못한다. 특히, 많은 질소-기반 감지 장치는 ANFO(연료유 중의 질산 암모늄), 블랙 파우더(질산 칼륨, 황 및 챠콜로 형성된 "총알 분말(gun powder)"), TATP(트리아세톤 트리퍼옥사이드) 및 HMTD(헥사메틸렌 트리퍼옥사이드 디아민)와 같은 폭발물을 감지하지 못한다. 결과적으로 이러한 폭발물은 때때로 "투명성(transparent)"이라고 지칭된다.Due to the wide range of energetic substances and the many differences in their physical properties, some sensing devices only detect certain types of explosives and others do not. For example, many sensing devices easily detect conventional explosives made of organic nitro and nitrate compounds, but not explosives made of inorganic nitrates or non-nitrogen compounds. In particular, many nitrogen-based sensing devices include ANFO (ammonium nitrate in fuel oil), black powder ("gun powder" formed of potassium nitrate, sulfur and charcoal), TATP (triacetone tripperoxide) and HMTD ( It does not detect explosives such as hexamethylene tripperoxide diamine). Consequently, these explosives are sometimes referred to as "transparent".

현재 폭발물 감지에 사용가능한 기술에 대한 2016년 게시된 리뷰 문헌에서 다음과 같은 내용이 언급되었다 (문헌 [Giannoukos S., et al.(2016) Chemical Sniffing Instrumentation for Security Applications. Chem. Rev. 116, 8146 - 8172] 참조): "실시간 또는 거의 실시간의 정확한 화학 분석에 대한 요구는 '현장에서' 작동하는 기술을 점점 더 필요로 한다. 현장에서의 화학 분석은 샘플 이송/저장 비용을 배제시키고 원격지에서 실험실로 선적하는 동안의 샘플 오염 위험을 최소화한다. 시간 및 비용 절감 외에도 현장 분석은 신속한 문제 해결, 의사 결정 및 작동 간소화를 가능하게 한다. 현장 작업 도중의 기존의 주요 도전과제는 (a) 배경 화학 환경의 복잡성, (b) 잠재적인 기기 단점/제한, (c) 표적 샘플 화합물의 특성의 복잡성이다."In the review literature published in 2016 on the technology currently available for explosive detection, the following was noted (Giannoukos S., et al. (2016) Chemical Sniffing Instrumentation for Security Applications. Chem. Rev. 116, 8146) -8172]): "The demand for accurate chemical analysis in real-time or near real-time requires more and more technology that works'in the field'. Chemical analysis in the field eliminates sample transfer/storage costs and remote laboratories Minimizes the risk of sample contamination during shipment to the site In addition to time and cost savings, on-site analysis enables rapid problem resolution, decision making, and streamlining operations The existing major challenges during field work are (a) the background chemical environment Is the complexity of, (b) potential device drawbacks/limitations, and (c) the complexity of the properties of the target sample compound."

물리적 법칙에 따르면, 지점 공급원에서 방출되는 가스의 농도는, 바람의 방향과 속도에 영향을 받는 상기 공급원과 지역으로부터의 거리의 세제곱(cube)으로 감소한다. 불법적인 물질의 공급원을 식별하는 측면에서, 이는, 샘플링이 가능한한 지점 공급원 가까이에서 이루어져야 함을 의미한다. 그러나, 재고 및 인명의 피해 또는 손실 위험을 줄이기 위해서는 상기 분석이 가능한한 멀리에서 수행되어야 한다.According to the laws of physics, the concentration of gases emitted from a point source decreases as the cube of the distance from the source and the area, which is affected by the direction and speed of the wind. In terms of identifying sources of illegal substances, this means that sampling should take place as close to the point source as possible. However, in order to reduce the risk of damage or loss of inventory and personnel, the analysis should be performed as far away as possible.

현장 및 실험실 설정을 위해, 미량 수준 감지를 위한 대부분의 선행 기술의 폭발물 감지 방법은, 문헌 [Mayhew C., et al.(2010) Applications of proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometry for the sensitive and rapid real-time detection of solid high explosives. Int. J. Mass Spec. 289, 58-63]에 기술된 바와 같이, 샘플와 분석 장치 사이의 근접 접촉 및/또는 샘플의 사전-농축을 필요로 한다.For field and laboratory settings, most prior art explosive detection methods for trace level detection are described in Mayew C., et al. (2010) Applications of proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometry for the sensitive and rapid real-time detection of solid high explosives. Int. J. Mass Spec. 289, 58-63], requires close contact between the sample and the assay device and/or pre-concentration of the sample.

상기 참조 문헌의 저자에 따르면, 모 이온(parent ion)을 감지하기 위해 가열된 주입구를 사용하고 냉각된 스팟(spot)을 피해야 했다고 기술하고 있다. 더욱이, 특정 폭발물의 증기가 샘플 유입 라인에 도입된 지 수십 분이 지난 후에도 미량의 폭발물이 여전히 유입 시스템에 존재하는 것으로 관찰되었다. 이것이 현재 시스템의 주요 단점이다. 또 다른 문제는, 문헌 [Wolkoff(1995) Volatile Organic Compounds Sources, Measurements, Emissions, and the Impact on Indoor Air Quality. Indoor Air 5, 5-73]에 기술된 바와 같이, 인공물(artifacts)로 인한 실험실내 변동 및 내부 실험실 제어에 대한 신뢰성이다. According to the authors of the above reference, it is stated that a heated injection port had to be used to detect parent ions and a cooled spot had to be avoided. Moreover, it has been observed that traces of explosives are still present in the inlet system even tens of minutes after the vapors of certain explosives have been introduced into the sample inlet line. This is the main drawback of the current system. Another problem is described in Wolfkoff (1995) Volatile Organic Compounds Sources, Measurements, Emissions, and the Impact on Indoor Air Quality. Indoor Air 5, 5-73], it is the reliability of internal laboratory control and fluctuations in the laboratory due to artifacts.

폭발물은 일반적인 (반-)휘발성 유기 화합물(VOC)과 매우 유사하게 거동하므로 동일한 샘플링 문제가 적용된다. VOC를 샘플링할 때 하기의 세 가지 주요 옵션이 있다:Explosives behave very similarly to common (semi-)volatile organic compounds (VOCs), so the same sampling problem applies. There are three main options when sampling VOCs:

(a) 표적 화합물을 물리적 또는 화학적으로 결합시키는 매체의 적용,(a) application of a medium that physically or chemically binds the target compound,

(b) 캐니스터(canister)와 같은 저장 장치의 적용,(b) application of storage devices such as canisters,

(c) 관을 통한 수집.(c) Collection through tube.

처음 두 가지 방법은 일정 기간에 걸쳐 평균적인 조성 또는 시간 내 스냅 샷을 제공하는 불연속적 분석을 초래하며, 둘 다 물질을 분석 기기로 이송하는 것을 필요로 한다. 연속적 분석을 수행할 수 있는 분석 기기에 직접 연결된 관을 사용하면 표적 화합물을 실시간으로 감지할 수 있다. The first two methods result in discrete analyzes that provide snapshots in time or average composition over a period of time, both requiring transfer of the material to the analytical instrument. Target compounds can be detected in real time by using a tube directly connected to an analytical instrument capable of performing continuous analysis.

관의 크기와 재질 선택은 메모리 효과가 적거나 없는 성공적이고 신뢰할만한 분석에 있어서 필수적이다. 메모리 효과는, 샘플링된 재료가 관의 벽 재료에 부착되어 나중에 물리적인 힘 또는 화학 반응으로 인해 샘플 스트림 내로 방출되는 경우에 발생하며, 이것은 공기 모니터링에서 거짓 양성 값의 주요 원인 중 하나이다. 폭발물을 감지하고자 하는 접근법은 1990년대에 도입된 이후로 지난 10년 동안 변하지 않았으며, 문헌 [Yinon J. and Zitrin S.(1996) Modern Methods and Applications in Analysis of Explosives. John Wiley & Sons, 316 pp. https://books.google.com/books?isbn=0471965626]에서 "이동성 감지기에서, 공기 샘플은 PTFE-라이닝된 가열된 관을 통해 이온 공급원 내로 흡인되었다"고 기술되어 있다. 일반적으로 무거운 분자는 수 피트 이상의 샘플링 라인 길이 동안 이송 관에 흡착되는 것으로 여겨진다. 대부분의 시험은 실내 조건에서 수 피트 정도의 관으로 수행된다. 이 샘플링 문제를 해결하기 위해, 일부 접근법은 먼저 재료의 이온 단계로의 개질을 수행한 다음 소정 거리에 걸쳐 이온을 이송하는 것을 시도한다. 이러한 이온 이송 관의 최대의 보고된 길이는 여전히 10 피트 미만이다 (문헌 [Cotte-Rodriguez and Cooks(2006) Non-proximate detection of explosives and chemical warfare agent simulants by desorption electrospray ionization mass spectrometry. Chem. Commun. 28, 2968-2970] 참조).The choice of tube size and material is essential for a successful and reliable analysis with little or no memory effect. The memory effect occurs when the sampled material adheres to the wall material of the tube and is later released into the sample stream due to a physical force or chemical reaction, which is one of the main causes of false positive values in air monitoring. The approach to detecting explosives has not changed over the past 10 years since its introduction in the 1990s, see Yinon J. and Zitrin S. (1996) Modern Methods and Applications in Analysis of Explosives. John Wiley & Sons, 316 pp. It is described in https://books.google.com/books?isbn=0471965626 ] that "in the mobility detector, an air sample was aspirated into the ion source through a PTFE-lined heated tube." In general, it is believed that heavy molecules are adsorbed on the conveying tube for a sampling line length of several feet or more. Most of the tests are conducted in indoor conditions with tubes of several feet. To solve this sampling problem, some approaches attempt to first perform a modification of the material into an ionic phase and then transport the ions over a distance. The maximum reported length of these ion transport tubes is still less than 10 feet (Cotte-Rodriguez and Cooks (2006) Non-proximate detection of explosives and chemical warfare agent simulants by desorption electrospray ionization mass spectrometry. Chem. Commun. 28 , 2968-2970).

미량 VOC 감지를 위한 분석 기술에서는 질량 분광법이 선택되었다. 일반적으로 공기 샘플이 이온화된 다음 자기장을 사용하여 질량 차별화 분광계로 도입된다. 이온화 방법은, 이 방법으로 분석할 때, 임의의 주어진 물질의 일체성에 가장 큰 충격을 준다. 소위 화학적 이온화 기술은, 분자가 하전되는 동안 완전히 단편화되는 것을 방지하도록 설계되었다. 이러한 기술 중 하나는 양성자-전달 반응(PTR)을 수반하며, 이는, 질량 분광계(MS)와 함께 양성자 전달 반응 질량 분광계(Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry; PTR-MS) 방법을 생성한다. 특허 DE 1995149144 및 WO 2014/053540 A1 및 여기에 인용된 참고 문헌에 설명된 바와 같이, PTR-MS는 물 또는 기타 소 이온을 사용하여 1차 이온을 생성하며, 이는 이어서 공기 샘플 내 표적 물질을 양성자화한다. 다른 소프트-이온화 기술에 비해 PTR-MS의 주요 장점 중 하나는 운반 가스가 필요 없다는 점이다. 가스 실린더 또는 기타 운반 가스 공급원 없이도 원격 및 독립적인 작업이 훨씬 더 효과적이다. 많은 폭발물은 휘발성이 낮기 때문에, 공기 샘플링 시스템에서 이러한 폭발물을 수집하려면 효과적인 이송을 위해 가열 라인이 필요하고 이온화하려면 고전압이 필요하다고 일반적으로 언급되고 있다. 문헌 [Mayhew C., et al.(2010) Applications of proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometry for the sensitive and rapid real-time detection of solid high explosives. Int. J. Mass Spec. 289, 58-63]은 다음과 같이 언급한다: 일반적인 폭발물 감지를 위해서는 다음과 같은 사실을 알아야 한다: "고체 폭발물과 관련된 낮은 증기압의 경우 더 높은 VOC 농도를 얻기 위해 추가적인 절차를 채택했다. 여기에는 간단한 예비-농축기 및 열 탈착 시스템을 고안하고 활용하는 것이 포함되었다". 또한 "샘플 유입 라인은 모두 약 1m 길이였으며 샘플이 PTR 유입 시스템으로 전달되었다. 이것은 표면 흡착을 최소화하기 위해 120℃로 가열 및 유지되었다". 상이한 연구가 문헌 [Jurschik S., et al.(2010) Proton transfer reaction mass spectrometry for the sensitive and rapid real-time detection of solid high explosives in air and water, Anal Bioanal Chem. 398, 2813-2828]에 기술되어 있으며, 이는 하기와 같이 다소 유사한 조건을 사용했다: "기체 상 샘플의 경우, 분석 물질은 50 내지 1,000 sccm의 조절가능한 유량과 40℃ 내지 150℃의 조절가능한 온도로 가스 유입 시스템을 통해 도입된다". 그러나, 관의 가열 및 관련된 이온화 챔버 내의 전압은 TATP 분자의 단편화를 유발한다. TATP는 145℃ 초과의 온도에서 단편화를 시작하며 (문헌 [Matyas R. 및 Pachman J.(2016) Primary explosives. Springer, 360 pages] 참조), 이는 그 종류의 유입 시스템이 이 표적에 대해 문제를 야기하게 만든다.Mass spectroscopy was chosen as the analytical technique for detecting trace VOCs. Typically, an air sample is ionized and then introduced into a mass differentiation spectrometer using a magnetic field. The ionization method, when analyzed by this method, has the greatest impact on the integrity of any given material. The so-called chemical ionization technique is designed to prevent molecules from completely fragmenting while being charged. One of these techniques involves a Proton-Transfer Reaction (PTR), which creates a Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry (PTR-MS) method along with a mass spectrometer (MS). As described in patents DE 1995149144 and WO 2014/053540 A1 and the references cited therein, PTR-MS uses water or other small ions to generate primary ions, which in turn proton target substances in air samples. Get angry. One of the main advantages of PTR-MS over other soft-ionization techniques is that no carrier gas is required. Remote and independent operation is much more effective without a gas cylinder or other carrier gas source. Because many explosives are less volatile, it is commonly stated that collecting these explosives in air sampling systems requires heating lines for effective transport and high voltages for ionization. Mayew C., et al. (2010) Applications of proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometry for the sensitive and rapid real-time detection of solid high explosives. Int. J. Mass Spec. 289, 58-63] states: For general explosive detection it is important to note the following: "For the low vapor pressure associated with solid explosives, an additional procedure has been adopted to obtain a higher VOC concentration. This includes It involved designing and utilizing a simple pre-concentrator and thermal desorption system”. Also, "The sample inlet lines were all about 1 m long and the sample was delivered to the PTR inlet system. It was heated and held at 120° C. to minimize surface adsorption". Different studies have been published in Jurschik S., et al. (2010) Proton transfer reaction mass spectrometry for the sensitive and rapid real-time detection of solid high explosives in air and water, Anal Bioanal Chem. 398, 2813-2828], which used somewhat similar conditions as follows: "for gas phase samples, the analyte has an adjustable flow rate of 50 to 1,000 sccm and an adjustable temperature of 40° C. to 150° C. The furnace is introduced through the gas inlet system". However, heating of the tube and associated voltage in the ionization chamber causes fragmentation of the TATP molecules. TATP initiates fragmentation at temperatures above 145°C (see Matyas R. and Pachman J. (2016) Primary explosives. Springer, 360 pages), which means that inflow systems of their kind cause problems for this target Make it.

전술한 바에 비추어 볼 때, TATP의 존재에 대해 공기 샘플을 신속하고 정확하게 모니터링하기 위한 효과적인 방법 및 관련 장치에 대한 중요한 요구가 있음이 명백하며, 본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다.In view of the foregoing, it is clear that there is an important need for an effective method and associated apparatus for rapidly and accurately monitoring air samples for the presence of TATP, and the present invention satisfies this need.

본 발명의 목적은, 질량 분광법을 사용하는 TATP에 대한 연속 모니터링 방법 및 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for continuous monitoring of TATP using mass spectrometry.

본 발명의 또 다른 목적은, 휴대가 가능하고 장기간 다양한 원격지에서 보안 장치로 사용되거나 이벤트 중 스타디움 및 경기장에서 사용되도록 구성되는 그러한 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide such a system that is portable and configured to be used as a security device in various remote locations for a long period of time or used in stadiums and stadiums during events.

본 발명의 또 다른 목적은, 차량 및 드론에 장착될 수 있고 차량 또는 드론의 샘플에 대해 시험을 수행할 수 있는 그러한 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide such a system that can be mounted on vehicles and drones and can perform tests on samples of vehicles or drones.

본 발명의 또 다른 목적은, TATP에 대한 실시간 또는 거의 실시간 모니터링을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for real-time or near real-time monitoring of TATP.

본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 분광계 모니터링에 대한 화학적 이온화 접근을 위해 특정 전자적 조건을 사용하는 것이다.Another object of the present invention is to use specific electronic conditions for the chemical ionization approach to such spectrometer monitoring.

본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 분광계 모니터링에 대한 화학적 이온화 접근을 위해 특정 전자적 조건을 사용하는 것이다.Another object of the present invention is to use specific electronic conditions for the chemical ionization approach to such spectrometer monitoring.

본 발명의 또 다른 목적은, 분자의 이온화를 위해 1차 이온이 이용될 수 있는 환경에서 분자가 하전되는 화학적 이온화를 제공하는 PTR-MS 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a PTR-MS system that provides chemical ionization in which molecules are charged in an environment in which primary ions can be used for ionization of molecules.

본 발명의 또 다른 목적은, 샘플을 이온화 챔버로 전달하기 위해 유입 관을 사용하는 것이다.Another object of the present invention is to use an inlet tube to deliver the sample to the ionization chamber.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 이온화 챔버 내에서 에너지 입력을 제어함으로써 과도한 단편화(fragmentation)에 견디는 것이다.Another object of the present invention is to withstand excessive fragmentation by controlling the energy input within the ionization chamber.

본 발명의 또 다른 목적은, 두 개 이상의 샘플을 동시에 시험함으로써 질량 분광계 모니터링을 수행할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a system capable of performing mass spectrometer monitoring by simultaneously testing two or more samples.

본 발명의 또 다른 목적은, PTR-MS를 사용하여 이온의 양성자를 최대화하여 이를 수용하는 질량 분광계로부터 향상된 결과를 생성하는 것이다.Another object of the present invention is to use PTR-MS to maximize protons of ions to produce improved results from mass spectrometers that accommodate them.

본 발명의 또 다른 목적은, 매우 다른 분자들의 분석을 동시에 허용하는 방법 및 관련 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method and associated apparatus that allows simultaneous analysis of very different molecules.

본 발명의 또 다른 목적은, 그 결과를 검증하기 위해, 원래 샘플의 세그먼트를 추가로 분석하고 거짓 양성(false positive)을 줄이기 위해 검증 사이클(validation cycle)을 제공하는 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a system that further analyzes a segment of the original sample and provides a validation cycle to reduce false positives in order to verify the result.

본 발명의 또 다른 목적은, 캐리어 가스의 사용을 필요로 하지 않는 그러한 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the invention is to provide such a system that does not require the use of a carrier gas.

본 발명의 또 다른 목적은, 샘플링 배관에서 메모리 효과가 없는 것으로 인해 거짓 응답(false response)을 줄이는 것이다.Another object of the present invention is to reduce false responses due to no memory effect in the sampling pipe.

본 발명의 또 다른 목적은, 공급원으로부터 처리 기기로의 도입에 이르기까지의 이송 중에 샘플의 의미있는 손실이나 샘플에 대한 변형이 없는 TATP의 민감한 분석을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a sensitive analysis of TATP without any significant loss of the sample or modification to the sample during transport from the source to introduction to the processing device.

본 발명의 또 다른 목적은, 낮은 에너지 조건을 필요로 하는 불안정한 화합물 및 효과적으로 이온화하기 위해 더 높은 에너지를 필요로 하는 화합물의 동시적인 화학적 이온화 및 분석을 사용하는 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a system using the simultaneous chemical ionization and analysis of unstable compounds requiring low energy conditions and compounds requiring higher energy to ionize effectively.

본 발명의 이들 및 다른 목적은 본원에 첨부된 예시를 참조하여 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해될 것이다.These and other objects of the invention will be more fully understood from the following detailed description of the invention with reference to the examples appended herein.

PTR-MS에 의해 수행되는 분석은 여러 매개변수에 의존한다. 샘플링된 공기는 때때로 반응 챔버 또는 드리프트 관이라고도 지칭되는 이온화 챔버로 유입된다. 이어서, 상기 공기는 1차 하이드로늄 이온의 스트림과 혼합되고, 특정 화합물의 양성자 친화성에 기초하여, 양성자화되거나 되지 않는다. 양성자-전달 반응에 의해 양성자화된 공기 부분은 질량 분광계로 들어가서 분리되고 질량에 의해 식별된다. 양성자화되지 않은 나머지 공기는 기기에 의해 방출된다. 상기 분석의 주요 변수는 일정 기간 동안 기기로 유입되는 공기의 양(표준 설정치는 200 표준 입방 센티미터/분(sccm)임), 이온화 챔버의 온도, 샘플 유입 온도(이는 일반적으로 반응 챔버보다 5℃ 낮게 설정됨), 이온화 챔버 내의 진공 및 이온화 챔버에 인가된 전압이다. 상기 온도, 진공 및 전압은 상기 전달 반응의 반응 속도를 제어하여, 더 많거나 적은 물질이 양성자화되도록 하여 분석의 감지 한계에 직접 영향을 준다. 분자의 단편화는 각 화합물에 대해 질량 분광계에서 매우 특정한 입자 패턴을 생성한다. 그러나, 실내 및 실외 모두에서, 여과되지 않은 공기와 같은, 다량의 화합물 혼합물에서, 단편화는, 종종 서로 중첩되거나 달리 그 유래를 구별할 수 없는 작은 파트의 엄청난 증가를 초래한다. 따라서, 아무것도 섞이지 않은 완전한 분자를 식별할 수 있는 것이 공기 샘플 내의 표적 분자의 초극미량 농도를 감지하기 위한 핵심이다.The analysis performed by PTR-MS depends on several parameters. The sampled air enters the ionization chamber, sometimes referred to as the reaction chamber or drift tube. The air is then mixed with a stream of primary hydronium ions and, based on the proton affinity of the particular compound, is protonated or not. The portion of air that is protonated by the proton-transfer reaction enters the mass spectrometer, is separated and identified by mass. The remaining air that is not protonated is released by the device. The main parameters of this analysis are the amount of air entering the instrument over a period of time (the standard setting is 200 standard cubic centimeters/minute (sccm)), the temperature of the ionization chamber, and the sample inlet temperature (which is typically 5°C lower than the reaction chamber. Set), the vacuum in the ionization chamber and the voltage applied to the ionization chamber. The temperature, vacuum, and voltage control the reaction rate of the transfer reaction, causing more or less material to be protonated, which directly affects the detection limit of the assay. Fragmentation of the molecule creates a very specific particle pattern in the mass spectrometer for each compound. However, both indoors and outdoors, in mixtures of large amounts of compounds, such as unfiltered air, fragmentation results in a tremendous increase in small parts that often overlap each other or otherwise indistinguish from their origin. Hence, being able to identify the complete, unmixed molecule is the key to detecting the ultra-trace concentrations of target molecules in an air sample.

또한, TATP는 매우 취약하여 실질적인 단편화를 일으키지 않고 최소한의 에너지 충격만으로도 양성자화될 수 있다. TATP의 단편은 특히, TATP보다 훨씬 더 큰 농도로 일반적으로 존재하는 화합물인 아세톤이다. 반응 챔버에 최소 전압을 인가하면 너무 많은 단편화는 방지할 수 있지만, 반응 챔버에 낮은 전압을 인가하는 것의 부작용은 하이드로늄 이온으로부터 다량의 물 클러스터가 형성된다는 것이다. 이것은, 다른 분자를 양성자화하기 위한 하이드로늄 이온을 매우 감소된 양으로 남긴다. 물 클러스터는 또한 표적 분자와 화학 반응을 일으켜 화합물의 신호를 더욱 약화시킬 수 있다.In addition, TATP is very fragile and can be protonated with minimal energy impact without causing substantial fragmentation. A fragment of TATP is, in particular, acetone, a compound that is generally present in a much greater concentration than TATP. Applying a minimum voltage to the reaction chamber can prevent too much fragmentation, but the side effect of applying a low voltage to the reaction chamber is that a large amount of water clusters are formed from hydronium ions. This leaves a very reduced amount of hydronium ions to protonate other molecules. Water clusters can also trigger chemical reactions with target molecules, further weakening the signal of the compound.

폭발물을 감지할 때 PTR-MS의 최상의 전기적 설정은, 문헌 [Sulzer P., et al.(2013), Applications of switching reagent ions in proton transfer reaction mass spectrometric instruments for the improved selectivity of explosive compounds, Int. J Mass Spec 354-355, 123-128]에 기술된 바와 같이, 표준 설정이 다소 잘 정의되어 있다 ("PTR-MS의 대부분의 사용자는 대략 110 Td 내지 140 Td (1 Td = 10 내지 17 V cm2)의 고정된 감소된 전기장 E/N (이온화 챔버 내의 버퍼 가스 수 밀도 N에 대한 전기장 강도 E의 비율)를 설정한다. 이 범위의 값은, 양성자화된 물 클러스터의 최소 형성, 양성자화된 모 화학종(parent species)의 제한된 단편화 및 적절한 반응 시간 사이의 좋은 절충안으로 간주되며, 이로써 화합물 감지 감도를 최대화할 수 있다. 하이드로늄 이온을 양성자 공여체로서 사용하면, 양성자화된 물 클러스터[H3O+ x(H2O)n (n≥1)]의 형성으로 인해 (습도에 따라) 90 Td보다 훨씬 낮은 E/N 값에 대해 신호 강도가 급격히 떨어져, 사용할 수 있는 E/N 값을 제한한다.").The best electrical setup of PTR-MS when detecting explosives is described in Suzer P., et al. (2013), Applications of switching reagent ions in proton transfer reaction mass spectrometric instruments for the improved selectivity of explosive compounds, Int. J Mass Spec 354-355, 123-128], the standard settings are rather well defined ("Most users of PTR-MS have approximately 110 Td to 140 Td (1 Td = 10 to 17 V cm2). ) Of the fixed reduced electric field E/N (the ratio of the electric field strength E to the buffer gas number density N in the ionization chamber), a value in this range, the minimum formation of protonated water clusters, the protonated parent It is considered a good compromise between the limited fragmentation of the parent species and the appropriate reaction time, thereby maximizing the sensitivity of compound detection. Using hydronium ions as proton donors, protonated water clusters [H 3 O + x (H 2 O) n (n≥1)], due to the formation of (depending on humidity) for E/N values well below 90 Td, the signal strength drops sharply, limiting the usable E/N values .").

현재의 기기 장비를 사용하면, 문헌 [Sulzer P., et al. (2013) Applications of switching reagent ions in proton transfer reaction mass spectrometric instruments for the improved selectivity of explosive compounds. Int. J Mass Spec 354-355, 123-128에 명시된 바와 같이, TATP 또는 기타 폭발물을 감지하기 위한 설정을 최적화하고 이를 빠르게 전환할 수 있다. 그러나, 이로 인해 샘플링 시간의 50% 이상에 대한 정보 손실이 발생하며, 이는, 샘플링 유입구를 지나가는 폭발물-포함 공급원의 식별이 불가능할 경우, 엄청난 영향을 미칠 수 있다.Using current instrumentation equipment, see Sulzer P., et al. (2013) Applications of switching reagent ions in proton transfer reaction mass spectrometric instruments for the improved selectivity of explosive compounds. Int. As specified in J Mass Spec 354-355, 123-128, settings for detecting TATP or other explosives can be optimized and switched quickly. However, this results in loss of information over 50% of the sampling time, which can have a devastating impact if identification of the explosive-containing source passing through the sampling inlet is not possible.

도 1a 및 1b는, 시험된 샘플을 이온화 챔버(반응 챔버 또는 드리프트 관으로도 알려짐)로 전달하는 서로 다른 직경의 외부 관에 대한 샘플링 구성을 각각 보여준다.
도 2는 본 발명의 이중 유입 실시양태의 개략도이다.
도 3a는 본 발명의 검증 모듈의 조합된 개략적인 블록도이다.
도 3b는 정규 모드에서의 밸브(42)를 개략적으로 도시한다.
도 3c는 검증 모드에서의 밸브(42)를 개략적으로 도시한다.
도 3d는 저장 모드에서의 밸브를 개략적으로 보여준다.
도 4는 두 개의 분할된 에어 포켓을 가진 검증 모듈의 블록도이다.
도 5는 RDX 및 TNT와 비교할 때 TATP를 이온화하기 위한 최적의 전압을 보여주는 플롯을 보여준다.
도 6은 m/z 223(완전한 분자) 및 m/z 91(단편)에서 자동차와 동등한 공기량에서 0.5g의 TATP 반응에 대한 플롯을 보여준다.
도 7a는 한 순간 동안의 m/z = 223에 대한 질량 스펙트럼을 보여준다.
도 7b는 도 7a와 같은 시간 동안의 m/z = 91에 대한 질량 스펙트럼을 보여준다.
도 7c는 TATP 샘플링에 대한 신호 응답의 빠른 개시 및 감쇠를 보여준다.
도 8은 PFA로 만든 3/8 인치 외부 직경의 100 피트 관을 사용할 때의 변화하는 공기 흐름으로 인한 샘플 지연을 보여주는 플롯이다.
1A and 1B show the sampling configurations for outer tubes of different diameters, respectively, that deliver the tested sample to an ionization chamber (also known as a reaction chamber or drift tube).
2 is a schematic diagram of a dual inlet embodiment of the present invention.
3A is a combined schematic block diagram of the verification module of the present invention.
3b schematically shows the valve 42 in the normal mode.
Figure 3c schematically shows the valve 42 in the verify mode.
Figure 3d schematically shows the valve in storage mode.
4 is a block diagram of a verification module with two divided air pockets.
5 shows a plot showing the optimum voltage for ionizing TATP when compared to RDX and TNT.
FIG. 6 shows a plot of the TATP reaction of 0.5 g in an air volume equivalent to an automobile at m/z 223 (complete molecule) and m/z 91 (fragment).
7A shows the mass spectrum for m/z = 223 for an instant.
7B shows the mass spectrum for m/z = 91 during the same time as in FIG. 7A.
7C shows the rapid onset and decay of the signal response to TATP sampling.
8 is a plot showing sample delay due to varying air flow when using a 3/8 inch outer diameter 100 foot tube made of PFA.

정의Justice

본원에 사용된 바와 같이, 다음 약어는 다음 의미를 가질 것이다.As used herein, the following abbreviations will have the following meanings.

TATP: 트리아세톤 트리퍼옥사이드 (3,3,6,6,9,9-헥사메틸-1,2,4,5,7,8-헥스옥소난; CAS# 17088-37-8)TATP: triacetone tripperoxide (3,3,6,6,9,9-hexamethyl-1,2,4,5,7,8-hexoxonane; CAS# 17088-37-8)

TNT: 2,4,6-트리니트로톨루엔TNT: 2,4,6-trinitrotoluene

VOC: 휘발성 유기 화합물VOC: Volatile Organic Compound

PTR: 양성자-전달 반응PTR: proton-transfer reaction

MS: 질량 분광계MS: mass spectrometer

PTR-MS: 양성자-전달 반응 질량 분광법PTR-MS: proton-transfer reaction mass spectrometry

PTR-Hydra: 다중 이온화 챔버가 구비된 PTR-MS 기기PTR-Hydra: PTR-MS instrument with multiple ionization chambers

E/N: 이온화 챔버 내의 버퍼 가스 수 밀도에 대한 전계 강도의 비율E/N: ratio of electric field strength to density of the number of buffer gases in the ionization chamber

PFA: 퍼플루오로알콕시 알칸PFA: perfluoroalkoxy alkanes

PEEK: 폴리에테르 에테르 케톤PEEK: polyether ether ketone

RDX: 1,3,5-트리니트로-1,3,5-트리아진RDX: 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine

GC-MS: 가스 크로마토그래피-질량 분광법GC-MS: gas chromatography-mass spectrometry

TDU 관: 열 탈착 유닛 관TDU tube: Thermal desorption unit tube

m/z: 이온 전하 수에 대한 질량의 비율m/z: ratio of mass to number of ionic charges

Sift는 PTR과 유사한 화학적 이온화 기술인 "선택된 이온 흐름 관"을 의미하며, 이온화 챔버에서의 전달 반응의 물리학은 동일하다.Sift means “selected ion flow tube”, a chemical ionization technique similar to PTR, and the physics of the transfer reaction in the ionization chamber are the same.

본 발명의 방법 및 장치는 화학적 이온화에 의한 양성자화를 통해 TATP에 대한 샘플의 연속적 및 병렬적 모니터링을 가능하게 한다. 화학적 이온화는 1차 이온을 사용하여 전하 전달 반응을 유도하며, 이는 이온화된 표적 분자를 생성한다. 이러한 전달 반응에는 최소한의 에너지 충격이 있다. 이는, 질량 분광계에 도달할 때 재료가 더 적게 단편화됨을 의미한다.The method and apparatus of the present invention enables continuous and parallel monitoring of samples for TATP through protonation by chemical ionization. Chemical ionization uses primary ions to induce a charge transfer reaction, which produces an ionized target molecule. There is minimal energy impact in this transfer reaction. This means that the material is less fragmented when it reaches the mass spectrometer.

상기 장치는, 이온화 챔버 내에서 서로 다른 온도, 압력 및 전압 조건 하에서 동일한 공기 샘플로부터 여러 이온 스트림을 생성할 수 있다. 상기 장치는 또한, 원래 공기 샘플에 대한 단일 질량 스펙트럼을 생성하는 단일 질량 분광계 내에서 이러한 여러 이온 스트림을 병렬로 식별할 수 있게 한다. 상기 장치 내의 검증 루프는, 원래 식별에 사용된 원래 공기 샘플의 일부분(subpart)을 사용하여 양성 식별을 즉시 검증할 수 있다.The device is capable of producing several ion streams from the same air sample under different temperature, pressure and voltage conditions within the ionization chamber. The device also makes it possible to identify these multiple ion streams in parallel within a single mass spectrometer that produces a single mass spectrum for the original air sample. The verification loop in the device can immediately verify a positive identification using a subpart of the original air sample used for the original identification.

본 발명은, 거짓 양성의 가능성을 감소시킬 수 있으면서 TATP에 대한 매우 다양한 측정 시스템을 제공하는 여러 양태들로 구성되며, 이는 하기로 이루어진다:The present invention consists of several aspects that provide a wide variety of measurement systems for TATP while being able to reduce the likelihood of false positives, which consists of:

(a) TATP 및 기타 폭발물을 감지할 수 있는 특정 재료, 직경 및 길이의 샘플링 관 사용.(a) Use of sampling tubes of specific material, diameter and length capable of detecting TATP and other explosives.

(b) 최적의 TATP 감지를 위한 이온화 챔버 내 압력, 온도 및 전압의 특정 설정.(b) Specific settings of pressure, temperature and voltage in the ionization chamber for optimal TATP detection.

(c) 다른 양성자-전달 반응 조건으로 물질에 대해 병렬로 실시간으로 폭발물의 연속 모니터링을 수행하기 위한, 화학적 이온화 질량 분광법을 기반으로 하는 장치의 설계 (예를 들어, TATP와 TNT는 분석 중에 및 검증을 위해 다른 설정을 필요로 한다. 이 접근은 거짓 음성 결과의 양을 감소시킨다).(c) Design of a device based on chemical ionization mass spectroscopy to perform continuous monitoring of explosives in parallel and in real time for substances with different proton-transfer reaction conditions (e.g., TATP and TNT during analysis and verification It requires a different setup for this, this approach reduces the amount of false negative results).

(d) 원래 샘플 재료의 부분 샘플을 사용하여 양성 식별을 검증하기 위한, 임의의 분석적 공기 모니터링 장치에 도입할 수 있는 플러그-인(plug-in) 검증 모듈의 설계 (특히, 이 모듈은 PTR-Hydra에 삽입되어 TATP 또는 기타 폭발물을 직접 검증하여 거짓 양성 비율을 감소시킬 수 있다).(d) Design of a plug-in verification module that can be introduced into any analytical air monitoring device to verify positive identification using partial samples of the original sample material (in particular, this module is a PTR- Can be inserted into Hydra to directly verify TATP or other explosives to reduce false positive rates).

바람직한 실시양태의 설명Description of preferred embodiments

1. 용어 "샘플링 관" 또는 "샘플링 배관"은 일반적으로 공급원에서 샘플을 취하는 약 200 피트 이하의 아이템에 대해 사용되었다. 용어 "유입 관" 또는 "유입 배관"은 일반적으로 샘플링 관 또는 배관의 말단에서 샘플을 취하여 이를 공정처리를 위해 전달하는 약 10 피트 이하의 아이템에 대해 사용되었다. 용어 "전달 관"은 "샘플링 관"과 "유입 관"의 조합을 지칭하는데 사용될 것이다.1. The term “sampling tube” or “sampling tube” has generally been used for items less than about 200 feet to take samples from a source. The terms "inlet pipe" or "inlet pipe" have generally been used for items of about 10 feet or less that take a sample at the end of a sampling pipe or pipe and deliver it for processing. The term “transfer tube” will be used to refer to a combination of “sampling tube” and “inlet tube”.

2. "이온화 챔버"라는 단어는 주로 "반응 챔버" 및 "드리프트 관"이라는 단어 대신 사용되었으며, 유입 관 또는 유입 배관으로부터 공기 샘플을 수용하고 이를 1차 이온 스트림과 혼합하여 이온화된 표적 종을 생성하는 시스템 부분을 지칭하기 위해 호환적으로 사용되었다.2. The word "ionization chamber" is mainly used in place of the words "reaction chamber" and "drift tube", receiving a sample of air from the inlet tube or inlet piping and mixing it with the primary ion stream to create an ionized target species. It is used interchangeably to refer to the part of the system to be used.

특정 배관은 현장 조건에서 TATP 샘플링을 위한 이상적인 환경을 제공한다. 이온화 챔버로 샘플을 전달하기 위한 샘플링 및 유입 배관에 가장 적합한 관 재료는 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA) 또는 폴리에테르-에테르-케톤(PEEK)과 같은 불활성 플라스틱 재료인 것으로 확인되었다. 관은 전체적으로 PFA 또는 PEEK로 만들어지거나 다른 맨틀(mantle) 재료, 예컨대 브레이드된(braided) 강철, 실리콘 외부 커버 또는 이의 등가물로 이루어진 PFA-라이닝된 또는 PEEK-라이닝된 관으로 만들어질 수 있다. TATP의 식별을 위해, 가장 좋고 가장 재현가능한 식별은, 길이가 약 5 내지 200 피트, 바람직하게는 약 100 내지 200 피트, 가장 바람직하게는 약 5 내지 100 피트인 ¼" 내지 ½"의 외부 직경(OD) PFA 배관 및 1/16" OD PEEK 유입 배관을 가진 공급 관을 사용하는 것으로 밝혀졌다. 이 방법은, 샘플링 펌프를 사용하여 관을 통해 공기를 끌어당기는 것을 포함한다. 도 1a는 펌프(2)가 관-전달된 샘플을 샘플링 지점에서 3-방향 연결부(6)로 끌어당기는 것을 보여준다. 이어서 기기(4)의 진공 시스템이 상기 유입 배관을 통해 상기 기기로 일부분을 끌어당긴다. 샘플링 배관 및 유입 배관의 사양(specification)은 밸브(6)의 왼쪽에 기재되어 있다. 기기 내의 1/16" PEEK 배관은 공장 설정이며, 예를 들어 1/8" 배관으로 최적화된다.Certain piping provides an ideal environment for TATP sampling under field conditions. It has been found that the most suitable tubing material for sampling and inlet piping to deliver the sample to the ionization chamber is an inert plastic material such as perfluoroalkoxy alkanes (PFA) or polyether-ether-ketones (PEEK). The tube may be made entirely of PFA or PEEK or may be made of a PFA-lined or PEEK-lined tube made of other mantle material, such as braided steel, silicone outer cover or equivalents thereof. For the identification of TATP, the best and most reproducible identification is an outer diameter of ¼" to ½" that is about 5 to 200 feet in length, preferably about 100 to 200 feet, and most preferably about 5 to 100 feet ( It has been found to use a feed pipe with OD) PFA tubing and 1/16" OD PEEK inlet tubing. This method involves using a sampling pump to draw air through the tubing. Figure 1A shows the pump 2 ) Pulls the tube-delivered sample from the sampling point to the three-way connection 6. The vacuum system of the device 4 then draws a portion of it through the inlet pipe to the device. The piping specifications are listed on the left side of the valve 6. The 1/16" PEEK piping in the machine is factory setting and is optimized for example 1/8" piping.

다른 샘플링 설정은 보조 펌프 없이 약 200 피트 이하 길이의 1/8" OD PFA 배관을 사용하는 것이며, 500sccm 이하를 사용하는 것은, 샘플을 끌어당기는 분석 기기의 내부 진공 시스템을 사용한 샘플의 흐름을 확립한다. 이온화 챔버는 바람직하게는, 양성자-전달 반응의 속도 및 효율의 향상된 제어를 제공하기 위해 내부적으로 가열된다. 일반적으로, 가열 온도가 높을수록 반응이 빨라지지만, PTAT와 같은 깨지기 쉬운 분자가 단편화될 가능성도 증가시킨다. 또한, 온도가 더 높으면, 이온화 챔버 측면에 부딪히는 분자가 방전되게 하여 질량 분광계 공정처리에 손실이 있게 한다. 도 1b는 연결부(14) 및 PEEK 유입 배관을 통해 샘플링 배관으로부터 샘플을 수용하는 기기(12)가 구비된 시스템에서의 상기 설정을 보여준다. 본 발명자들은, 적절한 샘플링 공기 흐름으로 샘플링 관의 바람직한 가열은 필요하지 않지만, 샘플링 온도가 약 36℉ 또는 20℃ 만큼 낮아지면 신호 강도가 약 50% 감소함을 확인하였다.Another sampling setup is to use 1/8" OD PFA tubing about 200 feet or less in length without an auxiliary pump, and using 500 sccm or less establishes the flow of the sample using the internal vacuum system of the analytical instrument to draw the sample. The ionization chamber is preferably heated internally to provide improved control of the rate and efficiency of the proton-transfer reaction In general, the higher the heating temperature the faster the reaction, but fragile molecules such as PTAT will become fragmented. In addition, higher temperatures result in discharging of the molecules striking the side of the ionization chamber, leading to losses in the mass spectrometer processing, Figure 1B shows the sample from the sampling pipe through the connection 14 and the PEEK inlet pipe. The above setup is shown in a system equipped with a receiving device 12. The present inventors do not require the desired heating of the sampling tube with an adequate sampling air flow, but the signal strength is reduced when the sampling temperature is as low as about 36°F or 20°C. Was confirmed to decrease by about 50%.

TATP를 감지하기 위한 샘플링 배관을 통한 최적의 공기 흐름은 분당 약 0.1 내지 25 리터, 바람직하게는 분당 약 3 내지 7 리터인 것으로 밝혀졌다. 이것은, 신호 지연 시간을 줄이면서도, 샘플링 배관과 유입 배관에서의 공기 흐름의 차이로 인한 신호의 희석을 제한하는, 최적의 조건이다.It has been found that the optimum air flow through the sampling piping to detect TATP is about 0.1 to 25 liters per minute, preferably about 3 to 7 liters per minute. This is an optimal condition for reducing the signal delay time while limiting the dilution of the signal due to the difference in air flow in the sampling pipe and the inlet pipe.

본 발명자들은, TATP에 대한 PTR-MS의 신호 응답은 이온화 챔버에서 전압 및 작동 온도를 변경하여 최적화할 수 있음을 확인했다. PTR-MS는 종종 PTR-TOF-MS로서 명명되어, 이것이 4중(quadruple) 기기(분 단위로 측정을 수행함)와 대조되는 비행 시간(time-of-flight; TOF) 질량 분광계(마이크로초 단위로 측정을 수행함)를 지칭함을 강조하기도 한다. 전압은 약 150 내지 650V, 바람직하게는 약 200 내지 250V으로 적용되고, 압력은 약 2.0 내지 4.0mbar, 바람직하게는 약 2.1 내지 2.3mbar, 작동 온도는 약 70 내지 120℃, 바람직하게는 약 80 내지 100℃로 설정되어야 한다. 평가 기간에 이오니콘(IONICON) PTR-TOF-4000 및 이오니콘 PTR-TOF-1000ultra 기기가 사용되었으며, 확인한 바에 따르면, 식별을 위해 증기의 이온화가 필요한 시스템에 일반적으로 적용할 수 있는 것으로 보이며, 이는 간단히, 유입 관 앞에서 주어진 양의 TATP에 대해 질량 분광계로 유입되는 최대 이온 유입과 관련하여 그의 작동 변수들을 최적화하는 것을 필요로 한다. TOFWERK Vocus 기기 또는 SYFT Voice200 기기와 같은 동등한 기기의 컴포넌트를 사용하여 PTR-Hydra 개념을 사용할 수 있다.The inventors have found that the signal response of PTR-MS to TATP can be optimized by varying the voltage and operating temperature in the ionization chamber. PTR-MS is often referred to as PTR-TOF-MS, which is a time-of-flight (TOF) mass spectrometer (in microseconds) as opposed to a quadruple instrument (measurement is performed in minutes). It is also emphasized to refer to a measurement). The voltage is applied at about 150 to 650V, preferably about 200 to 250V, the pressure is about 2.0 to 4.0 mbar, preferably about 2.1 to 2.3 mbar, the operating temperature is about 70 to 120°C, preferably about 80 to It should be set to 100℃. During the evaluation period, the IONICON PTR-TOF-4000 and Ionicon PTR-TOF-1000ultra instruments were used, and as confirmed, it appears to be generally applicable to systems requiring ionization of vapors for identification. Briefly, it is necessary to optimize its operating parameters in relation to the maximum ion influx entering the mass spectrometer for a given amount of TATP in front of the inlet tube. The PTR-Hydra concept can be used by using components from equivalent devices such as TOFWERK Vocus devices or SYFT Voice200 devices.

물질 질량 당 카운트된 이온 면에서, 최상의 결과는, 벽 두께가 0.065"인 PFA 100ft 3/8" 관 및 10L/min의 공기 흐름 설정을 사용하여 얻어졌다. PTR-MS 유입 유량은 200sccm으로 설정되었고 유입 온도는 이온화 챔버 온도보다 5℃ 낮게 설정되었다. TATP에 대한 이온화 챔버 전압 및 이온화 챔버 온도 면에서, 최적의 전기적 설정(electronic settings)은 175 내지 275V이고 온도는 80 내지 120℃, 바람직하게는 215 내지 235V 및 온도 95 내지 105℃인 것으로 밝혀졌다.In terms of ions counted per mass of material, the best results were obtained using a PFA 100 ft 3/8" tube with a wall thickness of 0.065" and an air flow setting of 10 L/min. The PTR-MS inlet flow rate was set to 200 sccm and the inlet temperature was set 5° C. lower than the ionization chamber temperature. In terms of ionization chamber voltage and ionization chamber temperature for TATP, it has been found that the optimum electronic settings are 175 to 275 V and the temperature is 80 to 120° C., preferably 215 to 235 V and a temperature of 95 to 105° C.

본 발명자들은, 외부 샘플링 관의 길이 및 직경과 PTR-MS 내 이온화 챔버 압력의 동일한 설정 하에서 최적의 전압 및 온도가 다음과 같음을 확인하였다:The inventors have confirmed that the optimum voltage and temperature are as follows under the same setting of the length and diameter of the external sampling tube and the pressure of the ionization chamber in the PTR-MS:

(a) TNT의 경우, 600 내지 800V, 바람직하게는 750 내지 800V, 및 100 내지 140℃, 바람직하게는 120 내지 130℃의 온도.(a) In the case of TNT, a temperature of 600 to 800V, preferably 750 to 800V, and 100 to 140°C, preferably 120 to 130°C.

(b) PETN 및 RDX의 경우, 300 내지 500V, 바람직하게는 375 내지 425V, 및 80 내지 120℃, 바람직하게는 90 내지 110℃의 온도.(b) In the case of PETN and RDX, a temperature of 300 to 500V, preferably 375 to 425V, and 80 to 120°C, preferably 90 to 110°C.

수정된 PTR-MS 설계 및 PTR-Hydra-MS의 경우, (a) TATP 및 (b) 기타 폭발물 및/또는 약물의 식별을 위한 조건 및 필요한 전기적 설정은 전혀 다르다. TATP용 설정은 물 클러스터의 형성을 촉진하여, 다른 물질의 양성자화를 방지하며, 이는 감지 한계를 크게 증가시킨다. TATP 및 기타 폭발물에 대한 다른 설정의 필요성을 다루는 한 가지 방법은 슐츠(Sulzer P., et al.(2013))의 문헌에 기술되어 있으며, 여기서는 5 내지 10 초 간격으로 설정을 스위칭하여 기기의 연속적인 모니터링 측면을 없앤다. 신호 지속 시간이 1 내지 5 초 범위인 경우, 발생을 놓칠 확률이 50%이다.For the modified PTR-MS design and PTR-Hydra-MS, the conditions and required electrical settings for identification of (a) TATP and (b) other explosives and/or drugs are completely different. The setup for TATP promotes the formation of water clusters, preventing protonation of other substances, which greatly increases the detection limit. One way to deal with the need for different settings for TATP and other explosives is described in the literature by Sulzer P., et al. (2013), where a series of devices is switched by switching the settings at intervals of 5 to 10 seconds. Eliminate the monitoring aspect. If the signal duration is in the range of 1 to 5 seconds, the probability of missing occurrence is 50%.

또 다른 해결책은 TATP 및 기타 화합물에 대한 연속적 분석을 수행하는 것으로, 동일한 샘플링 관에서 동기화되고 공급되는 둘 이상의 PTR-MS 기기를 설치하는 것이다. 그러나 설치 공간, 비용 및 동기화 문제를 줄이기 위해서는 통합된 접근이 유용할 것이다.Another solution is to perform continuous analysis for TATP and other compounds, installing two or more PTR-MS instruments synchronized and fed in the same sampling tube. However, to reduce installation space, cost and synchronization issues, an integrated approach would be useful.

제안된 해결책은 PTR-Hydra-MS라는 다중 유입 PTR-MS이다. 도 2에 도시된 설계는 이중 유입 시스템의 옵션을 나타낸다. 상기 설계는 필요한 경우 통합된 최소 6 개의 이온화 챔버로 확장될 수 있다. 제한점은 주로, 이온화 챔버의 크기 및 각 이온화 챔버에서 다음 챔버로의 전기장의 간섭으로 인한 기하학적 구조이다. 이 실시양태는 다중 이온화 챔버의 사용을 위한 상이한 범위의 화합물을 감지하는 능력을 제공하며, 이로써 상이한 화합물이 동시에 분석되게 한다.The proposed solution is a multi-entry PTR-MS called PTR-Hydra-MS. The design shown in Figure 2 represents the option of a dual inlet system. The design can be extended to a minimum of six integrated ionization chambers if necessary. The limitation is primarily the size of the ionization chamber and the geometry due to the interference of the electric field from each ionization chamber to the next. This embodiment provides the ability to detect a different range of compounds for the use of multiple ionization chambers, thereby allowing different compounds to be analyzed simultaneously.

유입 관(20)은 PEEK와 같은 재료로 만들어지지만, PFA와 같은 재료 또는 동등한 재료가 사용될 수도 있다. 상기 재료는 신호의 단편화 또는 체류(retention)를 방지하기 위해 관심 화합물에 대해 불활성이어야 한다. 직경은 시스템으로의 최적의 공기 흐름을 위해 특정 기기 요건을 따라야 한다. 이어서, 샘플은, 동일한 재료, 직경 및 길이의 다중 유입 라인(24)으로 유입되는 균등 부분(22)들로 분할된다.The inlet pipe 20 is made of a material such as PEEK, but a material such as PFA or equivalent material may be used. The material should be inert to the compound of interest to prevent fragmentation or retention of the signal. The diameter must comply with the specific equipment requirements for optimal air flow into the system. The sample is then divided into equal parts 22 entering multiple inlet lines 24 of the same material, diameter and length.

개별 이온 공급원(23, 25) 및 이온화 챔버(26, 27)는 바람직하게는 구성 재료, 치수 및 성능 면에서 서로 동일하다. 이러한 점은, 이온화된 종의 질량 분광계로의 전달 차이를 최소화하는 데 있어서 중요하다. 이온화 챔버 내의 다른 전기적 설정이 질량 분광계로 향하는 이온의 속도를 다르게 만들 수 있지만, 이러한 차이는 질량 분광계의 신호 비닝(binning)보다 수배 더 짧다. 그러나, 이온화 챔버의 길이가 다르면 질량 분광계에 수용되는 이온의 타이밍이 잘못 정렬되어 특정 공기 샘플 내에서 화합물을 잘못 식별할 수 있다. 이온화 챔버(26, 27) 내에서 공기 분자의 이온화는 다양한 유형의 이온화 방법에 대한 특정 반응을 기반으로 발생한다. 예를 들어 양성자-전달 반응 또는 전하 전달 반응이 구동 요인(driver)이 될 수 있다. 생성된 이온화된 종(28, 29)의 스트림은 이어서, 미국 특허 6,979,816 B2에 기재된 바와 같이 다중 유입구 이온 펀넬(36)를 사용하여 하나의 스트림으로 합쳐진다. 합쳐진 이온 스트림은 이어서, 질량 분광계(32)를 기반으로 하는 식별 장치로 전달된다. 이온 전달은 다중 폴(multi-poles) 또는 이온 펀넬와 같은 추가적인 이온 스트림 집속 장치를 수반하거나 수반하지 않을 수 있다. 이온화되지 않은 공기 부분은 유출구(34)에서 이온화 챔버를 빠져 나간다.The individual ion sources 23, 25 and the ionization chambers 26, 27 are preferably identical to each other in terms of material of construction, dimensions and performance. This point is important in minimizing the difference in transfer of the ionized species to the mass spectrometer. Although different electrical settings within the ionization chamber can make the speed of ions directed to the mass spectrometer different, this difference is several times shorter than that of the mass spectrometer's signal binning. However, different lengths of the ionization chambers may misalign the timing of the ions received by the mass spectrometer, resulting in erroneous identification of compounds within a particular air sample. The ionization of air molecules within the ionization chambers 26 and 27 takes place based on specific reactions to various types of ionization methods. For example, a proton-transfer reaction or a charge transfer reaction may be a driver. The resulting streams of ionized species 28 and 29 are then combined into one stream using multiple inlet ion funnels 36 as described in US Pat. No. 6,979,816 B2. The combined ion stream is then delivered to an identification device based on the mass spectrometer 32. Ion delivery may or may not involve additional ion stream focusing devices such as multi-poles or ion funnels. A portion of the air that is not ionized exits the ionization chamber at outlet 34.

개별 이온화 챔버(26, 27)는 동일하게 구성되지만, 이들은 서로 다른 전기적 설정 및 서로 다른 반응 이온으로 독립적으로 작동될 수 있다. 특허 공개 WO2014/053540 A1에 개시된 바와 같이, 이온화 챔버에 상이한 1차 이온을 적용하는 것이 표적 화합물의 이온화에 유리할 수 있다.The individual ionization chambers 26 and 27 are configured identically, but they can be operated independently with different electrical settings and different reactive ions. As disclosed in patent publication WO2014/053540 A1, applying different primary ions to the ionization chamber may be advantageous for the ionization of the target compound.

독립적으로 설정될 수 있는 주요 매개변수는 내부 압력, 온도 및 인가 전압이다. 하나는 하나의 화합물 또는 화합물 부류에 특이적인 최적화된 조건 (도 2의 T1, P1, V1)으로 실행될 수 있고, 다른 하나는 다른 화합물에 대해 최적화된 조건 (T2, P2, V2)으로 실행된다. 이것은, 샘플링 라인에서 나온 임의의 주어진 공기 패키지가 다양한 표적물에 대해 최적화된 조건으로 여러 방식으로 이온화되는 것을 보장한다.The main parameters that can be set independently are internal pressure, temperature and applied voltage. One can be run with optimized conditions specific to one compound or class of compounds (T1, P1, V1 in Fig. 2), and the other is run with optimized conditions (T2, P2, V2) for the other compound. This ensures that any given air package exiting the sampling line is ionized in several ways with conditions optimized for various targets.

예를 들어, 챔버 중 하나는 TATP를 식별하는 최적의 조건으로 설정되고 다른 챔버는 기타 폭발물의 최적 식별을 위해 설정될 수 있다. TATP에 대한 설정은 물 클러스터의 존재를 고려하는 한 PTR-MS 응용 프로그램 내에서 고유하며, 이는 상기 설정이 다른 분석물에 대해서는 다소 불리하게 만든다. 반면, TNT와 같은 기타 폭발물을 식별하기 위한 설정은, TATP의 신호 응답에서 약 40% 손실을 유발한다 (이상적인 조건 VTATP = 225V, TTATP = 100℃; VTNT = 775V, TTNT = 125℃).For example, one of the chambers may be set to optimal conditions for identifying TATP and the other chamber may be set for optimal identification of other explosives. The setting for TATP is unique within the PTR-MS application as far as the presence of water clusters is taken into account, making this setting somewhat disadvantageous for other analytes. On the other hand, settings to identify other explosives, such as TNT, cause about 40% loss in the signal response of TATP (ideal conditions V TATP = 225V, T TATP = 100°C; V TNT = 775V, T TNT = 125°C ).

이 설정의 바람직한 실시양태는 PTR-MS와 동등한 설정으로 둘 이상의 이온화 챔버를 사용하는 것이다. 이온화 챔버(26, 27)는 RF 유도를 갖는 금속 링 또는 유리 관의 조립체로서 구성될 수 있다. 이온화 챔버 수의 상한치는 기하학적 구조의 문제, 전기장 간섭 및 질량 분광계의 용량에 의해 한정된다.A preferred embodiment of this setup is to use two or more ionization chambers in a setup equivalent to PTR-MS. The ionization chambers 26 and 27 can be constructed as an assembly of glass tubes or metal rings with RF induction. The upper limit of the number of ionization chambers is limited by geometrical problems, electric field interference and the capacity of the mass spectrometer.

대안적인 실시양태는 선택된 이온 흐름 관(SIFT) 처럼 구성된 둘 이상의 이온화 챔버 또는 동등한 화학적 이온화 챔버가 구비된 설정일 수 있다. PTR은 하이드로늄 또는 기타의 특정 소이온, 예컨대 O+ 또는 NO+의 단일 이온 스트림을 생성하는 것을 목표로 하고, SIFT는 주변 공기를 이온화하는 것으로부터 생성된 이온과 모든 그의 화합물과의 혼합물을 생성한 다음 이 과잉의 이온을 단일 이온 스트림으로 필터링하고, 이어서 이를 PTR과 같은 2차 이온을 생성하기 위한 이온화 챔버에서 사용하는 것을 목표로 한다. SIFT 접근 방식의 이점은 반응 이온들 사이에서 신속하게 스위칭하는 것이 가능하다는 것이고, 단점은 이온의 필터링이 전체 이온 흐름을 크게 줄여 감도를 악화시킨다는 것이다. 본 발명의 경우, 본 발명자들은 이 기법을 포함하고 이를 이용하여야 하는데, 그 이유는, 상업적 시장에서 PTR 기기에 대한 주요 경쟁자가 SIFT 기기로서 구성되기 때문이다. 또한 PTR 기기에서와 같이 SIFT 기기 내에 용이하게 검증 루프가 포함될 수 있다.An alternative embodiment may be a setup equipped with two or more ionization chambers or equivalent chemical ionization chambers configured as a selected ion flow tube (SIFT). PTR aims to produce a single ion stream of hydronium or other specific negative ions, such as O+ or NO+, while SIFT produces a mixture of ions and all their compounds resulting from ionizing the surrounding air and then It aims to filter this excess ions into a single ion stream and then use them in an ionization chamber to produce secondary ions such as PTR. The advantage of the SIFT approach is that it is possible to quickly switch between the reacting ions, and the disadvantage is that filtering of the ions greatly reduces the total ion flow, worsening the sensitivity. In the case of the present invention, the present inventors must include and use this technique, since the main competitor to PTR devices in the commercial market is configured as SIFT devices. Also, as in PTR devices, a verification loop can be easily included in SIFT devices.

거짓 양성 식별 (즉, 샘플에 적절한 재료가 부족함에도 불구하고 양성 결과를 나타내는 양성 식별)을 줄이기 위해 검증 모듈이 개발되었다. 이 모듈은 도 2에 도시된 바와 같이 기기 내의 공통 유입 시스템에 추가되고, 직접 유입 라인(24)을 대체한다. 도 3a 내지 3d를 참조하면, 상기 모듈은 다음 세 가지 설정으로 작동한다: 정상적인 분석 작업에 대한 "표준" 모드 (도 3b); 동일하거나 상이한 이온화 챔버의 설정으로 공기 샘플을 재조사하기 위한 "검증" 모드 (도 3c); 다른 기기를 사용하여 나중 단계에서 분석하기 위해 공기 샘플을 저장하기 위한 "저장" 모드 (도 3d). 저장은 예를 들어 공기 캐니스터, 백(bag) 및 탈착 관으로 이루어진 군 중에서 선택된 저장 장치에서 수행될 수 있다. 공기 흐름은 기기의 내부 진공 펌프(46)로부터 인가되는 진공에 의해 구동된다. 이어서 공기 흐름(46)의 일부가 이온화 챔버(44)로 도입된다. 다른 부분은 검증 루프(48)에 유지되어, 첫 번째 분획은 분석되고 두 번째 분획은 여전히 기기 내에서 이용가능하게 할 수 있다. 예를 들어, TATP가 양성으로 식별되면, 두 번째 분획이 검증을 위해 이온화 챔버(44)로 다시 보내질 수 있다. 본 발명의 세부 사항은 도 3에 도시되어 있고 이후에 자세히 설명된다. 플러그-인 설정은 화학 이온화 질량 분광계의 일반적인 파트들인 이온 공급원, 이온화 챔버, 이온을 위한 가이드 및 이온의 질량을 식별하기 위한 질량 분광계로 구성된다. 유입 시스템은 일반적으로, 인가된 진공에 따라, 특정 공기 흐름을 가진 유입구를 포함한다. 이어서 그 공기 흐름의 일부가 이온화 챔버로 도입된다. 이 유입구는 도 3a 내지 3d에 도시된 본 발명의 출발 점이다.A validation module has been developed to reduce false positive identification (i.e., positive identification showing positive results despite lack of suitable material in the sample). This module is added to the common inlet system in the appliance as shown in Fig. 2 and replaces the direct inlet line 24. 3A-3D, the module operates in three settings: "Standard" mode for normal analysis tasks (FIG. 3B); "Verify" mode for re-irradiating air samples with the same or different settings of the ionization chamber (Figure 3c); “Save” mode for storing air samples for analysis in later steps using another instrument (Figure 3D). Storage can be carried out, for example, in a storage device selected from the group consisting of an air canister, a bag and a detachable tube. The air flow is driven by a vacuum applied from the device's internal vacuum pump 46. A portion of the air stream 46 is then introduced into the ionization chamber 44. The other part is kept in the verification loop 48 so that the first fraction can be analyzed and the second fraction still available in the instrument. For example, if TATP is identified as positive, a second fraction can be sent back to the ionization chamber 44 for verification. Details of the invention are shown in FIG. 3 and described in detail later. The plug-in setup consists of the common parts of a chemical ionization mass spectrometer: an ion source, an ionization chamber, a guide for the ions, and a mass spectrometer to identify the mass of the ions. The inlet system generally includes an inlet with a specific air flow, depending on the applied vacuum. A portion of that air stream is then introduced into the ionization chamber. This inlet is the starting point of the invention shown in Figs. 3A-3D.

도 3a에 도시된 바와 같이, 유입 라인(41)은 동일한 재료이지만 길이가 다른 두 라인으로 분할되며, 두 라인은 모두 동일한 진공 펌프에 연결된다. 상기 라인 상의 밸브(42)는 2차 라인에서 1차 라인으로 공기 샘플을 이송할 수 있다. 1차 라인(43)은 이온화 챔버(44)에 영구적으로 연결된 라인이다. 2차 라인(50)은 이온화 챔버(44)에 연결하기 위해 밸브(42)를 스위칭하는 것을 필요로 하는 라인이다. 이하의 설명에서, 2차 라인은 "샘플 루프"로 지칭된다. 검증 모듈 작동에 대한 자세한 설명은 도 3 및 도 4를 참조한다.As shown in Fig. 3A, the inlet line 41 is divided into two lines of the same material but different lengths, both of which are connected to the same vacuum pump. The valve 42 on the line may transfer the air sample from the secondary line to the primary line. The primary line 43 is a line permanently connected to the ionization chamber 44. The secondary line 50 is the line that needs to switch the valve 42 to connect to the ionization chamber 44. In the description below, the secondary line is referred to as a “sample loop”. For a detailed description of the operation of the verification module, refer to FIGS. 3 and 4.

도 3a, 3b 및 4를 참조하면, 샘플링 유입 라인(41)으로부터의 샘플은 분할 지점(40)인 밸브에 도달한 다음, 하나의 샘플 부분(A)은 멀티-라인 밸브(42)를 통해 1차 라인을 통해 유입 라인(43)으로 들어가 반응 챔버(44)로 들어간다. 이 샘플로부터의 이온화된 종은 질량 분광계(45)로 이송되어 분석된다. 상기 부분(A)의 이온화되지 않은 부분은 배출구(47)를 통해 진공 펌프(46)로 이송된다. 한편, 샘플 부분(B)은 2차 라인(48)을 통해 이동한다. 상기 부분(B)은 진공 펌프(46)로부터 동일한 진공에 의해 샘플 루프(48) 내로 끌어당겨진다. 루프(48)는 바람직하게는 샘플 유입구(41), 1차 라인(43) 및 이송 라인(50)과 동일한 불활성 물질로 제조되고, 샘플 루프(48) 내에서의 샘플 부분(B)의 체류 시간이 질량 분광계(45)의 유형 및 그 응답 시간에 따라 약 2 내지 5 초 이상이 되도록 하는 길이를 갖는다. 정상 작동 하에서, 상기 부분(B)은 이어서, 부분(A)와 동일한 진공 펌프(46)로 끌어당겨질 것이다. 최적의 결과를 위해, 샘플 루프(48)용 재료는 표적 물질에 대한 단편화 및 크로마토그래피 효과가 없거나 최소화될 필요가 있다.3A, 3B and 4, the sample from the sampling inlet line 41 reaches the valve at the splitting point 40, and then one sample portion A is 1 through the multi-line valve 42. It enters the inlet line 43 through the car line and enters the reaction chamber 44. Ionized species from this sample are transferred to a mass spectrometer 45 for analysis. The non-ionized portion of the portion A is transferred to the vacuum pump 46 through the outlet 47. Meanwhile, the sample portion B moves through the secondary line 48. The portion B is drawn into the sample loop 48 by the same vacuum from the vacuum pump 46. The loop 48 is preferably made of the same inert material as the sample inlet 41, the primary line 43 and the transfer line 50, and the residence time of the sample portion B in the sample loop 48 Depending on the type of mass spectrometer 45 and its response time, it has a length of about 2 to 5 seconds or more. Under normal operation, the part B will then be pulled with the same vacuum pump 46 as part A. For optimal results, the material for the sample loop 48 needs to be minimal or have no fragmentation and chromatographic effects on the target material.

질량 분광계(45)에 의해 측정된 샘플 부분(A)의 양성 ID의 경우, 도 3c에 도시된 바와 같이, 밸브(42)는 "검증 모드"로 스위칭되고 부분(B)을 밸브(42)에 연결한다. 부분(B)는 이어서 유입 라인(43)을 통해 이온화 챔버(44)로 이송되고, 이온화된 다음 양성 ID의 확인을 위해 질량 분광계(45)에서 분석된다. 대안적으로, 밸브(42)는 도 3d에 도시된 저장 위치로 돌려질 수 있다.In the case of the positive ID of the sample portion (A) measured by the mass spectrometer 45, as shown in Fig. 3c, the valve 42 is switched to the "verification mode" and the portion B is connected to the valve 42. Connect. Portion B is then transferred via inlet line 43 to ionization chamber 44, ionized and then analyzed in mass spectrometer 45 for confirmation of positive ID. Alternatively, the valve 42 can be turned to the storage position shown in FIG. 3D.

도 3a 및 도 4, 및 결과를 검증하기 위해 제공되는 검증 모듈을 참조하면, 지수(index)는 특정 시간을 나타내며, 예를 들어, A1과 B1은 시간 t = 1에서의 두 개의 분할된 에어 포켓이다. A0B0은 샘플링 라인으로 유입된 원래 공기 샘플이다.3A and 4, and referring to the verification module provided to verify the result, the index represents a specific time, for example, A 1 and B 1 are two divided at time t = 1 It is an air pocket. A 0 B 0 is the original air sample introduced into the sampling line.

이 배열의 주요 이점은, 볼루스 방출(bolus emission)의 양성 ID의 경우 재분석에 동일한 원래 공기 패키지를 사용할 수 있다는 것이다. 이것은, 반응 챔버 및/또는 질량 분광계의 전기적 설정을 변경하여 잠재적으로 양성으로 식별된 물질에 대한 최적화된 조건을 사용할 수 있게 한다. 최적의 조건이 이미 적용된 경우, 이것은 거짓 양성 ID를 줄이기 위한 진정한 검증 역할을 한다.The main advantage of this arrangement is that in case of positive ID of bolus emission, the same original air package can be used for reanalysis. This allows the use of optimized conditions for potentially positively identified substances by changing the electrical settings of the reaction chamber and/or mass spectrometer. If optimal conditions have already been applied, this serves as a true validation to reduce false positive IDs.

예를 들어, 최적화된 조건을 사용한 TATP의 양성 ID는 각각 m/z 223 및 91의 특정 피크 높이를 생성한다. TATP를 검증하는 경우, 전압을 높일 수 있으며, 이는 TATP의 단편화 패턴에 따라 223의 양을 감소시키고 91의 양을 사전-결정된 양으로 증가시킬 것이다. TNT 신호의 양성 검증의 경우, 이온화 챔버 전압이 증가되고 참조 문헌 [Sulzer P., et al.(2012) Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry and the Unambiguous Real-Time Detection of 2,4,6 Trinitrotoluene. Anal. Chem. 84, 4161-4166]21에 기술된 바와 같이 m/z 228에서의 신호가 증가한다.For example, the positive ID of TATP using optimized conditions produces specific peak heights of m/z 223 and 91, respectively. When verifying TATP, the voltage can be increased, which will decrease the amount of 223 and increase the amount of 91 to a predetermined amount according to the fragmentation pattern of TATP. In the case of positive validation of the TNT signal, the ionization chamber voltage was increased and reference [Sulzer P., et al. (2012) Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry and the Unambiguous Real-Time Detection of 2,4,6 Trinitrotoluene. Anal. Chem. 84, 4161-4166] 21, the signal at m/z 228 increases.

이 모듈의 바람직한 실시양태는 양성자-전달 반응 질량 분광계(PTR-TOF-MS), 선택된 이온 흐름 관 질량 분광계(SIFT-MS) 또는 보다 일반적인 임의의 화학 이온화 질량 분광계를 기반으로 하는 기기 내에 있다. 이러한 연속적인 공기 모니터링 기기는 몇 초 내에 볼루스 방출을 검증할 수 있는 능력 면에서 가장 큰 이점을 갖는다.A preferred embodiment of this module is in an instrument based on a proton-transfer reaction mass spectrometer (PTR-TOF-MS), a selected ion flow tube mass spectrometer (SIFT-MS) or any more general chemical ionization mass spectrometer. These continuous air monitoring devices have the greatest advantage in terms of their ability to verify bolus emissions within seconds.

본 발명의 이 부분의 대안적인 실시양태는 가스 크로마토그래피 질량 분광계(GC-MS), 캐비티 링 다운 분광법(cavity ring down spectrometry) 또는 이들의 균등물을 비롯한 임의의 거의-실시간 공기 모니터링 장치를 포함할 것이다.Alternative embodiments of this part of the invention include any near-real-time air monitoring device, including gas chromatography mass spectrometry (GC-MS), cavity ring down spectrometry, or equivalents thereof. will be.

본 발명의 이 부분의 대안적인 실시양태는, 상기 1차 및 2차 샘플 라인 사이의 연결부를, 섬마(Summa) 캐니스터 또는 열 탈착 유닛 관(TDU-tube)와 같은 공기 저장 장치로의 이송 라인으로 대체하는 것일 수 있다. 이러한 종류의 설정은 2차 기술에 의한 검증을 위해 양성으로 식별된 재료를 장기적으로 저장하는 것을 허용한다. 일부 경우에는, 지속적인 모니터링 분석이 법적으로 방어가능한 것으로 간주되지 않으므로, GC-MS와 같은 공인된 방법으로 확인해야 한다. 지속적인 모니터링 기술을 기반으로 한 양성 식별 능력을 가진 공기 샘플의 저장은 모니터링 효율을 크게 향상시킨다 (도 3d 참조). 예를 들면, 브라운필드(brownfield) 개선 사이트와 같은 환경 영역, 마약이나 폭발물에 대한 차량이나 사람의 모니터링과 같은 법 집행 영역, 또는 내연 기관 연구에서 볼루스 배출물을 포집하기 위한 연구 영역이 있다.An alternative embodiment of this part of the invention is that the connection between the primary and secondary sample lines is a transfer line to an air storage device such as a Summa canister or a thermal desorption unit tube (TDU-tube). It could be a replacement. This kind of setup allows long-term storage of materials identified as positive for validation by secondary techniques. In some cases, ongoing monitoring analysis is not considered legally defensible and should be verified by an accredited method such as GC-MS. Storage of air samples with positive identification ability based on continuous monitoring techniques greatly improves the monitoring efficiency (see Fig. 3D). Examples include environmental areas such as brownfield improvement sites, law enforcement areas such as vehicle or human monitoring for drugs or explosives, or research areas for capturing bolus emissions in internal combustion engine research.

도 5는 이온화 챔버 내의 특정 세트의 조건이 이온화된 분자의 양에 미치는 영향을 직접 비교한 것이다. "정규화된 신호"는, 각 화합물의 최대 카운트 량에 대해 정규화된, 질량 분광계에서 측정된 초당 카운트를 보여준다. 이 그래프에서 온도와 압력은 각각 80℃ 및 2.2mbar로 고정되고, 전압 V가 변수이다. 200 내지 250V에서 TATP에 대한 최상의 전압 설정은 이온화된 분자에서 TNT 또는 RDX를 생성하지 않으며, 따라서 이러한 화합물이 감지되지 않는다. 400V에서 RDX에 가장 적합한 전압에서, TNT는 최대 강도의 약 15%만 생성하며, 따라서 거짓 음성 결과를 야기할 수 있다. 또한, TNT는 145℃의 열 분해보다 높은 온도에서 훨씬 더 잘 이온화되는 경향이 있다.Figure 5 is a direct comparison of the effect of a specific set of conditions in the ionization chamber on the amount of ionized molecules. "Normalized Signal" shows the counts per second measured in a mass spectrometer, normalized to the maximum count amount of each compound. In this graph, temperature and pressure are fixed at 80℃ and 2.2mbar, respectively, and voltage V is a variable. The best voltage setting for TATP at 200-250V does not produce TNT or RDX in the ionized molecules, so no such compounds are detected. At the voltage best suited for RDX at 400V, TNT produces only about 15% of its maximum intensity, and can thus lead to false negative results. In addition, TNT tends to ionize much better at higher temperatures than thermal decomposition at 145°C.

이온화제로서 하이드로늄을 사용하는 TATP의 재현가능한 식별의 경우, 두 질량 m/z = 223 및 91이 최상의 선택이다. 모 질량이 223 근처에 있고 단편화 패턴이 91을 포함하는 주변 환경에 있을 가능성이 있는 다른 화합물은 없다. m/z = 223인 환경에 매우 널리 퍼져있는 몇몇 화합물 중 하나는 디에틸프탈레이트이며, 다른 하나는 헥사메틸사이클로트리실록산이다. 첫 번째 것은 증기압이 낮은 반 휘발성이지만 발견된다면 고농도 위치에서 나타날 수 있다 (그러나, 이것은 본질적으로 단편화를 나타내지 않으며, 특히 m/z = 91에서 나타나지 않는다). 두 번째 물질은 가정용품에서 발견될 수 있고 역시 m/z 91로 단편화되지도 않는다. TATP를 제조할 때 암모늄 함유 물질 또는 암모늄이 하이드로늄 대신 이온화제로 사용되는 경우, 질량 m/z = 240이 단편화되지 않은 분자의 질량이다. 이것은 출처를 알 수 없는 재료로 작업할 때 고려될 수 있다.For reproducible identification of TATP using hydronium as the ionizing agent, both masses m/z = 223 and 91 are the best choices. There are no other compounds likely to be in the environment with a parent mass near 223 and a fragmentation pattern containing 91. One of the few compounds that are very prevalent in environments where m/z = 223 is diethylphthalate and the other is hexamethylcyclotrisiloxane. The first one is semi-volatile with low vapor pressure, but can appear at high concentration locations if found (however, it does not essentially show fragmentation, especially at m/z = 91). The second substance can be found in household products and is neither fragmented at m/z 91. When preparing TATP, when an ammonium-containing substance or ammonium is used as an ionizing agent instead of hydronium, the mass m/z = 240 is the mass of the unfragmented molecule. This can be considered when working with materials of unknown origin.

(감소하는 강도로) m/z = 59, 61, 43, 89, 74, 75와 같이 눈에 띄는 피크를 가진 다른 단편은, 공기 중 일반적인 VOC, 예컨대 아세톤과 구별할 수 없거나, 또는 물 클러스터와 유사하고/그와 중첩된다.Other fragments with prominent peaks such as m/z = 59, 61, 43, 89, 74, 75 (with decreasing intensity) are indistinguishable from common VOCs in air, such as acetone, or from water clusters. Is similar/overlapping with it.

실시예Example

이 실시예는 소형 차의 부피와 동일한 공기 부피에 대한 0.5g의 개방형 TATP 캐니스터가 있는 예시 설정을 포함한다. 주변 온도는 낮은 40℉ 대였고 공기 부피는 개방형 캐니스터가 있는 상태에서 72℉에서 5 분 동안 가열되었다. 이 시나리오는 운전자가 측면 창을 열고 경비원의 재킷 소매 안에 위장된 100 피트 3/8" 샘플링 관의 단부가 대기 쪽으로 향해지는 검사 상황을 모방하도록 설계되었다. 관의 단부는 열린 차창을 나타내는 개구부에서 약 6 인치 거리에 있었다. 도 6에 나타낸 그래프는, 각각 참조 번호 60 및 62로 나타낸 모(parent) 질량 223 및 1차 단편 질량 판독값 91의 응답을 보여준다. 상기 측정은 본원에서 전술한 TAPT 분석을 위한 최적화된 전자적 조건을 사용하여 수행되었다.This example includes an example setup with an open TATP canister of 0.5 g for an air volume equal to the volume of a small car. The ambient temperature was in the low 40°F range and the air volume was heated at 72°F for 5 minutes in the presence of an open canister. This scenario is designed to mimic an inspection situation in which the driver opens the side window and the end of a 100 foot 3/8" sampling tube camouflaged within the guard's jacket sleeve is directed towards the atmosphere. The end of the tube is approximately at the opening representing the open window. It was at a distance of 6 inches. The graph shown in Fig. 6 shows the response of a parent mass of 223 and a primary fragment mass reading of 91, denoted by reference numerals 60 and 62, respectively. The above measurements follow the TAPT analysis described herein above. Was carried out using optimized electronic conditions.

다음 실시예는 관 단부에서 6 인치 거리에서 TATP를 감지하는 것을 포함한다.The following example includes sensing TATP at a distance of 6 inches from the tube end.

이 경우는 질량 223에서의 신호의 응답 속도와 특이성을 보여준다. 도 7a는 특정 순간 동안에 대한 질량 스펙트럼을 보여준다. 이것은 m/z = 223의 좁은 피크를 보여준다. 도 7b는 질량 m/z = 91에서 동일한 시간 대의 그래프를 보여준다. 피크는 m/z=223의 경우보다 상당히 크다. 시스템은, 분석 결과가 1차 분자에 대한 223의 판독값 및 1차 단편에 대한 91의 판독값 둘다를 나타낼 때, TAPT의 존재에 대해 양성 판독 값을 제공할 것이다. TAPT가 샘플에 존재한다는 결론을 내리기 위해서는 두 이온이 모두 존재해야 한다. 질량 m/z 223이 부족하고 m/z 91이 높은 경우, 암모늄 치환이 있는 완전한 분자를 나타내는 질량 m/z 240이 존재하는 것으로 평가하는 것이 유리하다. 존재하는 TATP의 양은 주어진 m/z 값에서 카운트/초의 양과 상관관계가 있다. 이것은 도 6에 도시된 것과 같은 피크의 크기와 직접 관련이 있다. 카운트/초는 도 7a 및 7b에 도시된 것과 같은 피크 스펙트럼을 생성한다.This case shows the response speed and specificity of the signal at mass 223. 7A shows the mass spectrum for a specific moment. This shows a narrow peak at m/z = 223. 7B shows a graph for the same time period at mass m/z = 91. The peak is significantly larger than the case of m/z=223. The system will provide a positive reading for the presence of TAPT when the analysis results show both a reading of 223 for the primary molecule and a reading of 91 for the primary fragment. Both ions must be present to conclude that TAPT is present in the sample. When the mass m/z 223 is insufficient and m/z 91 is high, it is advantageous to evaluate that there is a mass m/z 240 representing the complete molecule with ammonium substitution. The amount of TATP present is correlated with the amount of counts/second at a given m/z value. This is directly related to the size of the peak as shown in FIG. 6. The count/second produces a peak spectrum as shown in Figs. 7A and 7B.

질량 분광계의 1차 판독 값은 카운트/초/질량이다. 이것은, 질량 분광계의 시작 시에 설정된 펄스와 분광계 판독 종결 시 감지기에 이온이 도착하는 시간 사이의 기간인 측정된 실제 매개변수로부터 변환된 결과이다. 피크가 좁을수록 분광계가 더 정밀하게 작동하며, 피크 아래 영역이 정량 분석에 사용된다.The first reading of the mass spectrometer is counts/second/mass. This is the result of conversion from the measured actual parameters, which is the period between the pulse set at the start of the mass spectrometer and the time the ions arrive at the detector at the end of the spectrometer reading. The narrower the peak, the more precise the spectrometer works, and the area under the peak is used for quantitative analysis.

도 7c에 두 가지의 질량 m/z = 223 및 91이 시간 경과에 따라 도시되어 있다. 이것은, 신호의 개시가 기본적으로 메모리 효과가 없는 1-2 초 이내에 있고, 신호는 개시와 동일한 시간 프레임 내에 배경값(background)으로 떨어짐을 보여준다. PFA 관을 사용하는 메모리 효과 결여는 보안 용도에서 거짓 양성 응답을 줄이는데 필수적이다.In Fig. 7c two masses m/z = 223 and 91 are plotted over time. This shows that the onset of the signal is basically within 1-2 seconds of no memory effect, and the signal falls to the background within the same time frame as the start. The lack of memory effect using PFA tubes is essential to reduce false positive responses in security applications.

도 8의 그래프는 TATP에 대한 PTR-MS 모니터링을 위한 공기 샘플을 도입하기 위해 100ft 길이 3/8" OD 샘플링 관을 사용할 때 샘플링 관 내의 공기 흐름과 신호 지연의 관계를 보여준다. 감소된 공기 흐름으로 인한 샘플 지연은 1L/min 미만의 유입 속도에서 상당할 수 있다. 이것은, PTR-MS의 내부 진공 시스템을 사용하여 샘플링 속도를 줄이면 잠재적 위협에 대한 신호 응답의 지연이 최대 ½ 분까지 늘어날 수 있음을 의미한다.The graph in Figure 8 shows the relationship between airflow and signal delay in the sampling tube when using a 100ft long 3/8" OD sampling tube to introduce air samples for PTR-MS monitoring for TATP. With reduced airflow The resulting sample delay can be significant at inlet rates of less than 1 L/min, which suggests that using the PTR-MS's internal vacuum system to reduce the sample rate can increase the delay in signal response to potential threats by up to ½ min. it means.

본 발명의 특정 실시양태가 예시의 목적으로 이전에 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명에서 벗어나지 않고 세부 사항의 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.While certain embodiments of the invention have been previously described for purposes of illustration, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications of details may be made without departing from the invention as defined in the appended claims.

Claims (79)

TATP에 대해 샘플을 모니터링하는 방법으로서,
상기 샘플을 기기에 전달하기 위한 전달 관을 제공하고,
상기 기기에, 상기 전달 관으로부터 상기 샘플을 수용하도록 구성된 이온화 챔버를 제공하고,
상기 샘플을 상기 이온화 챔버로 전달하고,
상기 샘플을 양성자-전달 반응(proton-transfer reaction) 하에 두어, 상기 샘플 내의 표적 물질을 양성자화하는 이온을 생성하고,
m/z 값을 결정하기 위해, 양성자화된 이온을 질량 분광계(mass spectrometer)에 전달하고,
상기 질량 분광계가 모(parent) 이온에 대해 223 및 240 중 하나의 판독 값(reading) 및 단편에 대해 91의 판독 값을 제공하는 경우, 상기 샘플에 TATP가 존재하는 것으로 결정하는 것
을 포함하는 방법.
As a method of monitoring a sample for TATP,
Providing a delivery tube for delivering the sample to the device,
Providing the device with an ionization chamber configured to receive the sample from the delivery tube,
Transfer the sample to the ionization chamber,
Placing the sample under a proton-transfer reaction to generate ions that protonate the target substance in the sample,
To determine the m/z value, the protonated ions are transferred to a mass spectrometer,
If the mass spectrometer provides a reading of one of 223 and 240 for the parent ion and a reading of 91 for the fragment, determining that TATP is present in the sample.
How to include.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플이 공기인, 방법.
The method of claim 1,
The method, wherein the sample is air.
제 1 항에 있어서,
상기 전달 관은, 길이가 약 5 내지 200 피트인 샘플링 관을 갖는 것인, 방법.
The method of claim 1,
Wherein the delivery tube has a sampling tube that is about 5 to 200 feet in length.
제 3 항에 있어서,
상기 샘플링 관을 통한 상기 샘플의 유속(flow rate)은 분당 약 0.1 내지 25 리터인, 방법.
The method of claim 3,
The flow rate of the sample through the sampling tube is about 0.1 to 25 liters per minute.
제 3 항에 있어서,
상기 전달 관을 통한 상기 샘플의 유속은 분당 약 0.1 내지 0.5 리터인, 방법.
The method of claim 3,
The flow rate of the sample through the delivery tube is about 0.1 to 0.5 liters per minute.
제 1 항에 있어서,
상기 방법이, 각각이 상기 샘플의 균등한 분획을 수용하는 복수의 상기 이온화 챔버를 사용하는 것을 포함하고,
각각의 상기 이온화 챔버로부터의 상기 양성자화된 이온이 상기 질량 분광계로 전달되는, 방법.
The method of claim 1,
The method comprises using a plurality of said ionization chambers each containing an equal fraction of said sample,
Wherein the protonated ions from each of the ionization chambers are delivered to the mass spectrometer.
제 6 항에 있어서,
두 개의 상기 이온화 챔버를 사용하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 6,
A method comprising using two said ionization chambers.
제 6 항에 있어서,
상기 이온이 상기 질량 분광계로 들어가기 전에 이온들을 합치기 위해 다중 유입구 이온 펀넬(multiple inlet ion funnel)을 사용하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 6,
A method comprising using a multiple inlet ion funnel to combine ions before the ions enter the mass spectrometer.
제 1 항에 있어서,
상기 이온화 챔버를 가열하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
And heating the ionization chamber.
제 9 항에 있어서,
상기 이온화 챔버를 약 80℃ 내지 120℃로 가열하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 9,
And heating the ionization chamber to about 80°C to 120°C.
제 2 항에 있어서,
상기 이온화 챔버로부터 비-양성자화된 공기를 대기로 방출하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 2,
And discharging non-protonated air from the ionization chamber to the atmosphere.
제 1 항에 있어서,
상기 모니터링 동안 상기 방법을 연속적으로 수행하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
And performing the method continuously during the monitoring.
제 1 항에 있어서,
상기 모니터링을 실시간으로(on a real time basis) 수행하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
And performing the monitoring on a real time basis.
제 1 항에 있어서,
이온화 중에 분자의 단편화(fragmentation)를 감소시키기 위해 화학적 이온화를 사용하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
A method comprising using chemical ionization to reduce fragmentation of molecules during ionization.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플의 상기 양성자화 동안 형성된 상기 샘플의 단편을 상기 질량 분광계에 의해 공정처리하고,
상기 단편으로부터의 상기 질량 분광계의 출력값을 상기 샘플을 식별하는데 사용하는
것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
Processing the fragment of the sample formed during the protonation of the sample by the mass spectrometer,
Using the output of the mass spectrometer from the fragment to identify the sample
How to include that.
제 15 항에 있어서,
상기 질량 분광계가 모 이온에 대해 223의 판독 값을 제공하고 모 단편에 대해 91의 판독 값을 제공하는 경우 TAPT가 상기 샘플에 존재하는 것으로 결정하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 15,
Determining that TAPT is present in the sample if the mass spectrometer provides a reading of 223 for the parent ion and 91 for the parent fragment.
제 15 항에 있어서,
상기 질량 분광계가 모 이온에 대해 240의 판독 값을 제공하고 모 단편에 대해 91의 판독 값을 제공하는 경우 TAPT가 상기 샘플에 존재하는 것으로 결정하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 15,
Determining that TAPT is present in the sample if the mass spectrometer provides a reading of 240 for the parent ion and a reading of 91 for the parent fragment.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플의 두 번째 분획을 공정처리하기 위해 검증 사이클(validation cycle)를 사용하고,
상기 질량 분광계가 상기 샘플의 첫 번째 분획을 공정처리할 때 생성된 것과 동일한 결과를 생성하는지를 결정하는
것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
Using a validation cycle to process the second fraction of the sample,
To determine if the mass spectrometer produces the same results as produced when processing the first fraction of the sample.
How to include that.
제 3 항에 있어서,
상기 샘플링 관은 약 ¼ 내지 ½ 인치의 외부 직경(outer diameter)을 갖는, 방법.
The method of claim 3,
Wherein the sampling tube has an outer diameter of about ¼ to ½ inches.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플링 관은 불활성 물질로 구성된, 방법.
The method of claim 1,
Wherein the sampling tube is made of an inert material.
제 20 항에 있어서,
상기 전달 관은 퍼플루오로알콕시 및 폴리에테르-에테르-케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 제조된 것인, 방법.
The method of claim 20,
Wherein the delivery tube is made of a material selected from the group consisting of perfluoroalkoxy and polyether-ether-ketone.
제 1 항에 있어서,
상기 이온화 챔버가 120℃ 미만에서 작동되는, 방법.
The method of claim 1,
The method, wherein the ionization chamber is operated below 120°C.
제 8 항에 있어서,
상기 다중 유입구 이온 펀넬은 다중 금속 고리, 폴리에테르 케톤의 다중 고리 및 유도된 RF 장(field)을 갖는 유리 관으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인, 방법.
The method of claim 8,
Wherein the multiple inlet ion funnel is selected from the group consisting of multiple metal rings, multiple rings of polyether ketones, and glass tubes with an induced RF field.
제 1 항에 있어서,
상기 전달 관을 가열하지 않는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
Not heating the delivery tube.
제 3 항에 있어서,
상기 전달 관은, 약 1/16 내지 1/8 인치의 외부 직경을 갖는 유입 관을 갖는, 방법.
The method of claim 3,
Wherein the delivery tube has an inlet tube having an outer diameter of about 1/16 to 1/8 inch.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플을 상기 이온화 챔버로 제공하기 위해 진공 펌프를 사용하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
A method comprising using a vacuum pump to provide the sample to the ionization chamber.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플을 상기 이온화 챔버로 제공하기 위해 상기 이온화 챔버로부터의 흡입(suction)을 사용하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
And using suction from the ionization chamber to provide the sample to the ionization chamber.
제 18 항에 있어서,
상기 질량 분광계가 TAPT의 존재를 나타내는 양성 출력값을 제공할 때 상기 검증 사이클을 사용하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 18,
And using the verification cycle when the mass spectrometer provides a positive output indicating the presence of TAPT.
제 1 항에 있어서,
샘플을 아세톤 퍼옥사이드에 대해 모니터링하기 위해 상기 방법을 사용하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
A method comprising using the method to monitor a sample for acetone peroxide.
제 1 항에 있어서,
상기 이온화 챔버 내의 상기 샘플을 화학적 이온화 공정 하에 두는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
And subjecting the sample within the ionization chamber to a chemical ionization process.
제 1 항에 있어서,
상기 전달 관은, 길이가 약 100 내지 200 피트인 샘플링 관을 갖는, 방법.
The method of claim 1,
Wherein the delivery tube has a sampling tube that is about 100 to 200 feet in length.
제 3 항에 있어서,
상기 전달 관은 내부적으로 코팅되어 있는 것인, 방법.
The method of claim 3,
The method, wherein the delivery tube is internally coated.
제 3 항에 있어서,
상기 전달 관은 불활성 물질로 구성된 것인, 방법.
The method of claim 3,
Wherein the delivery tube is made of an inert material.
제 4 항에 있어서,
전달 관을 통한 상기 샘플의 유속은 분당 약 7 내지 10 리터인, 방법.
The method of claim 4,
The flow rate of the sample through the delivery tube is about 7 to 10 liters per minute.
제 3 항에 있어서,
상기 전달 관은, 길이가 약 100 내지 200 피트인 샘플링 관을 갖는, 방법.
The method of claim 3,
Wherein the delivery tube has a sampling tube that is about 100 to 200 feet in length.
제 13 항에 있어서,
약 0.8 내지 1.2 초 사이에서 마이크로초 내지 분의 증분(increment)으로 상기 모니터링을 수행하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 13,
Performing said monitoring in microsecond to minute increments between about 0.8 and 1.2 seconds.
제 6 항에 있어서,
각각의 상기 이온화 챔버에서 상이한 화합물에 대해 상기 샘플을 공정처리하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 6,
A method comprising processing said sample for a different compound in each said ionization chamber.
제 7 항에 있어서,
각각의 상기 이온화 챔버로부터의 상기 양성자화된 이온이 상기 질량 분광계로 전달되는, 방법.
The method of claim 7,
Wherein the protonated ions from each of the ionization chambers are delivered to the mass spectrometer.
제 6 항에 있어서,
상기 이온화 챔버 각각에 대한 내부 압력, 온도 및 전압을 개별적으로 제어하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 6,
And individually controlling the internal pressure, temperature and voltage for each of the ionization chambers.
제 10 항에 있어서,
상기 이온화 챔버의 상기 가열은 약 95℃ 내지 105℃로 가열하는 것인, 방법.
The method of claim 10,
Wherein the heating of the ionization chamber is heating to about 95°C to 105°C.
제 1 항에 있어서,
상기 이온화 챔버는 약 175 내지 275 볼트의 전압에서 작동되는, 방법.
The method of claim 1,
Wherein the ionization chamber is operated at a voltage of about 175-275 volts.
제 41 항에 있어서,
상기 이온화 챔버는 약 215 내지 235 볼트의 전압에서 작동되는, 방법.
The method of claim 41,
Wherein the ionization chamber is operated at a voltage of about 215-235 volts.
제 1 항에 있어서,
약 2 내지 4 mbar의 상기 이온화 챔버 내 압력을 사용하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 1,
And using a pressure in the ionization chamber of about 2-4 mbar.
제 43 항에 있어서,
약 2.1 내지 2.3 mbar의 상기 이온화 챔버 내 압력을 사용하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 43,
A method comprising using a pressure in the ionization chamber of about 2.1 to 2.3 mbar.
제 18 항에 있어서,
상기 이온화 챔버로 도입하기 전에 상기 두 번째 샘플을 상기 전달 관으로부터 분리하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 18,
Separating the second sample from the delivery tube prior to introduction into the ionization chamber.
제 18 항에 있어서,
상기 검증 사이클을 사용하는 대신에 상기 샘플의 상기 두 번째 분획을 저장하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 18,
Storing the second fraction of the sample instead of using the verification cycle.
제 46 항에 있어서,
공기 캐니스터(air canisters), 백(bags) 및 탈착 관(desorption tubes)으로 이루어진 군으로부터 선택된 저장 유닛에서 상기 두 번째 분획의 상기 저장을 수행하는 것을 포함하는 방법.
The method of claim 46,
A method comprising performing said storage of said second fraction in a storage unit selected from the group consisting of air canisters, bags and desorption tubes.
TATP에 대해 샘플을 모니터링하기 위한 장치로서,
샘플을 전달하기 위한 전달 관,
상기 샘플을 수용하고 그로부터 이온을 생성하기 위해 상기 전달 관과 작동가능하게 결합된(opeably associated) 이온화 챔버로서, 상기 샘플 내 표적 물질을 양성자화하기 위해 상기 샘플을 화학적 이온화 하에 두도록 구성된 이온화 챔버,
상기 이온화 챔버로부터 양성자화된 이온을 수용하고 상기 샘플에 대한 m/z를 결정하기 위한 질량 분광계로서, TATP가 상기 샘플에 존재할 때 223 및 240 중 하나의 m/z 판독값 및 91의 단편 값을 제공하도록 구성된 질량 분광계
를 포함하는 장치.
As a device for monitoring a sample for TATP,
Delivery tube for delivering samples,
An ionization chamber opeably associated with the delivery tube to receive and generate ions from the sample, the ionization chamber configured to place the sample under chemical ionization to protonate a target substance in the sample,
As a mass spectrometer to receive protonated ions from the ionization chamber and to determine the m/z for the sample, the m/z reading of one of 223 and 240 and a fragment value of 91 when TATP is present in the sample. Mass spectrometer configured to provide
Device comprising a.
제 48 항에 있어서,
상기 장치는 공기인 샘플을 공정처리하도록 구성된, 장치.
The method of claim 48,
The apparatus is configured to process a sample that is air.
제 48 항에 있어서,
상기 전달 관은, 길이가 약 100 내지 200 피트인 샘플링 관을 갖는, 장치.
The method of claim 48,
Wherein the delivery tube has a sampling tube that is about 100 to 200 feet in length.
제 48 항에 있어서,
상기 장치는, 각각 상기 샘플의 균등한 분획을 수용하고 그로부터 이온을 생성하는 복수의 상기 이온화기를 가지며,
상기 이온화기는, 각각의 상기 이온화기로부터 상기 이온을 양성자화하고 이를 상기 질량 분광계로 전달하도록 구성된, 장치.
The method of claim 48,
The device has a plurality of the ionizers each receiving an equal fraction of the sample and generating ions therefrom,
Wherein the ionizer is configured to protonate the ions from each of the ionizers and transfer them to the mass spectrometer.
제 51 항에 있어서,
상기 장치는 2 개의 상기 이온화 챔버를 갖는, 장치.
The method of claim 51,
Wherein the device has two of the ionization chambers.
제 51 항에 있어서,
이온이 상기 질량 분광계에 들어가기 전에 각각의 상기 이온화 챔버로부터의 이온을 합치기 위한 다중 유입구 이온 펀넬
을 포함하는 장치.
The method of claim 51,
Multiple inlet ion funnel for combining ions from each of the ionization chambers before ions enter the mass spectrometer
Device comprising a.
제 49 항에 있어서,
상기 이온화 챔버는 비-양성자화된 공기를 대기로 방출하도록 구성된, 장치.
The method of claim 49,
Wherein the ionization chamber is configured to release non-protonated air into the atmosphere.
제 48 항에 있어서,
상기 장치는 상기 모니터링 동안 연속적으로 수행하도록 구성된, 장치.
The method of claim 48,
The device is configured to perform continuously during the monitoring.
제 48 항에 있어서,
상기 장치는 실시간 모니터링을 제공하도록 구성된, 장치.
The method of claim 48,
And the device is configured to provide real-time monitoring.
제 48 항에 있어서,
상기 전달 관은, 길이가 약 5 내지 200 피트인 샘플링 관을 갖는, 장치.
The method of claim 48,
Wherein the delivery tube has a sampling tube that is about 5 to 200 feet in length.
제 48 항에 있어서,
상기 샘플의 원래 분획으로부터 얻어진 결과의 정확도를 확인하기 위해 상기 샘플의 다른 분획을 공정처리하기 위한 검증 유닛
을 포함하는 장치.
The method of claim 48,
Verification unit for processing other fractions of the sample to confirm the accuracy of the results obtained from the original fraction of the sample
Device comprising a.
제 57 항에 있어서,
상기 전달 관은 불활성 물질로 구성된 것인, 장치.
The method of claim 57,
Wherein the delivery tube is made of an inert material.
제 59 항에 있어서,
상기 전달 관은 퍼플루오로알콕시 및 폴리에테르-에테르-케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 제조된 것인, 장치.
The method of claim 59,
Wherein the delivery tube is made of a material selected from the group consisting of perfluoroalkoxy and polyether-ether-ketone.
제 59 항에 있어서,
상기 샘플링 관은 약 1/4 내지 1/2 인치의 외부 직경을 갖는 것인, 장치.
The method of claim 59,
Wherein the sampling tube has an outer diameter of about 1/4 to 1/2 inch.
제 48 항에 있어서,
상기 전달 관은 진공 펌프의 영향 하에 상기 샘플을 상기 이온화 챔버로 전달하도록 구성된, 장치.
The method of claim 48,
Wherein the delivery tube is configured to deliver the sample to the ionization chamber under the influence of a vacuum pump.
제 51 항에 있어서,
상기 이온화 챔버는, 상기 샘플 내 표적 물질을 양성자화시키기 위해 상기 샘플을 화학적 이온화 공정 하에 두도록 구성된, 장치.
The method of claim 51,
Wherein the ionization chamber is configured to place the sample under a chemical ionization process to protonate a target substance in the sample.
제 48 항에 있어서,
상기 전달 관은 내부적으로 코팅되어 있는 것인, 장치.
The method of claim 48,
Wherein the delivery tube is internally coated.
제 48 항에 있어서,
상기 전달 관은 불활성 물질로 구성된 것인, 장치.
The method of claim 48,
Wherein the delivery tube is made of an inert material.
제 65 항에 있어서
상기 전달 관은 퍼플루오로알콕시 및 폴리에테르-에테르-케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 구성된 것인, 장치.
The method of claim 65
Wherein the delivery tube is composed of a material selected from the group consisting of perfluoroalkoxy and polyether-ether-ketone.
제 48 항에 있어서,
상기 장치는 분당 약 0.1 내지 25 리터의 샘플 유속을 제공하도록 구성된, 장치.
The method of claim 48,
The apparatus is configured to provide a sample flow rate of about 0.1 to 25 liters per minute.
제 67 항에 있어서,
상기 장치는 분당 약 7 내지 10 리터의 샘플 유속을 제공하도록 구성된, 장치.
The method of claim 67,
The apparatus is configured to provide a sample flow rate of about 7 to 10 liters per minute.
제 48 항에 있어서,
상기 장치는 상기 이온화 챔버로부터 상기 대기로 비-양성자화된 공기를 방출하도록 구성된, 장치.
The method of claim 48,
Wherein the device is configured to release non-protonated air from the ionization chamber to the atmosphere.
제 56 항에 있어서,
상기 장치는 약 0.8 내지 1.2 초의 마이크로초 내지 분의 증분으로 실시간 기준으로 상기 모니터링을 수행하도록 구성된, 장치.
The method of claim 56,
Wherein the device is configured to perform the monitoring on a real-time basis in microsecond to minute increments of about 0.8 to 1.2 seconds.
제 48 항에 있어서,
상기 이온화 챔버는 다중 금속 링, 폴리에테르-에테르-케톤의 다중 링 및 유도된 RF 장을 갖는 유리 관으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 구성된, 장치.
The method of claim 48,
Wherein the ionization chamber is composed of a material selected from the group consisting of multiple metal rings, multiple rings of polyether-ether-ketone and a glass tube with an induced RF field.
제 51 항에 있어서,
상기 이온화 챔버는 상기 이온화 챔버 각각에 대한 내부 압력, 온도 및 전압을 개별적으로 제어하기 위한 수단을 갖는, 장치.
The method of claim 51,
Wherein the ionization chamber has means for individually controlling an internal pressure, temperature and voltage for each of the ionization chambers.
제 48 항에 있어서,
상기 장치는 상기 이온화 챔버를 가열하도록 구성되고,
상기 장치는 상기 이온화 챔버를 약 80 내지 120℃로 가열하도록 구성된, 장치.
The method of claim 48,
The device is configured to heat the ionization chamber,
The apparatus is configured to heat the ionization chamber to about 80-120°C.
제 73 항에 있어서,
상기 장치는 이온화 챔버에 약 175 내지 275 볼트의 인가된 전압을 제공하도록 구성된, 장치.
The method of claim 73,
The apparatus is configured to provide an applied voltage of about 175-275 volts to the ionization chamber.
제 48 항에 있어서,
상기 장치는, 별도의 진공 펌프를 사용하지 않고도 샘플을 이온화 챔버로 끌어당기기 위해 이온화 챔버 내부 진공 시스템을 사용하도록 구성된, 장치.
The method of claim 48,
The apparatus is configured to use a vacuum system inside the ionization chamber to draw a sample into the ionization chamber without using a separate vacuum pump.
제 48 항에 있어서,
상기 장치는 상기 이온화 챔버 내에 약 2 내지 4 mbar의 진공을 인가하도록 구성된, 장치.
The method of claim 48,
The device is configured to apply a vacuum of about 2 to 4 mbar within the ionization chamber.
제 58 항에 있어서,
상기 장치는 상기 샘플의 분획을 저장하기 위한 저장 유닛을 갖는, 장치.
The method of claim 58,
The device having a storage unit for storing a fraction of the sample.
제 77 항에 있어서,
상기 저장 유닛은 공기 캐니스터, 백 및 탈착 관으로 이루어진 군에서 선택되는, 장치.
The method of claim 77,
Wherein the storage unit is selected from the group consisting of an air canister, a bag and a detachable tube.
제 61 항에 있어서,
상기 전달 관은 약 3/8 내지 1/2 인치의 외부 직경을 갖는 것인, 장치.
The method of claim 61,
Wherein the delivery tube has an outer diameter of about 3/8 to 1/2 inch.
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